JP4337905B2 - 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１．２Ｖ程度の電池セルを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、二次電池の均等な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２００１−１６７８０６号公報（特許文献１）は、コンパクトな構成であって、自動車内における小さなスペースに容易に配置することができるとともに、電池モジュール間の温度のバラツキを低減することができる車載電池パックを開示する。

この車載電池パックは、複数の電池モジュールが直方体状に一体化された組電池が電池収容ケース内に収容されて自動車に搭載された車載電池パックであって、組電池の一方の側部が電池収容ケースの底面に近接するとともに、組電池の他方の側部が電池収容ケースの上面に近接するように、電池収容ケースの底面および上面に対して組電池が傾斜状態で電池収容ケース内に配置されており、電池収容ケースの内部には、クロスフロー型の羽根車が、電池収容ケースの底面に近接した組電池の一方の側部全体に沿った状態で、回転可能に配置されていることを特徴とする。

この車載電池パックは、電池収容ケース内に傾斜状態で配置された組電池に対して、電池収容ケース内に配置された羽根車によって、組電池の全体にわたって、冷却風が供給されるようになっているために、コンパクトな構成であり、自動車における小さなスペースに搭載することができる。しかも、組電池の各電池モジュールを効率よく、かつ、均一に冷却することができ、各電池モジュール間の温度バラツキを低減できる。
特開２００１−１６７８０６号公報

ところで、組電池に供給された冷却風は、組電池を冷却（熱交換）した後に、車室内や車外に排出される（車外に排出される場合であっても一旦車室内に排出される場合もある）。この車室内に排出される空気の方向が同じ方向であると、たとえば、フロアパネル上のリヤシート下に載置された組電池から排出された空気により、局部的に車室内の空気温度が上昇する可能性がある。さらに、この局部的に温度上昇する位置がリヤシートの足元であると、リヤシート（右側または左側もしくは両側）の搭乗者の足元に排風が当たったり、足元が暖かくなったりする（もやつき感が発生する）。

しかしながら、特許文献１においては、組電池の各電池モジュール間を通過した冷却風は、電池収容ケース内における組電池の下方の空間内に流入し、冷却風の一部は、通気部設けられた通気口を通って車室内に排出されるとともに、底面に設けられた排気口、電池載置面および排気ガイドを通って、排気ダクト内に排出され、排気ダクトを通って車外に排出されることが開示されているに過ぎない。すなわち、組電池を冷却した後の空気の一部を車室内に排出し、一部を車外に排出するが、車室内への排出は一方向である。このため、上述したように、車室内において局部的に車室内の空気温度が上昇する可能性がある。一方、ハイブリッド自動車においては、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、大容積の組電池を搭載するため、自由に排気ダクトを設けることも困難である。たとえば、組電池の搭載位置によっては、組電池を冷却した後の空気を車室内にのみ排出しなければならない場合もある。このような場合には、車室内の局部的に車室内の空気温度が上昇する可能性がさらに顕著になる。

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、大きなスペースを必要としないで、車室内の局部的な温度上昇を回避することができる、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に空気を導入する吸気ダクトと、筐体から空気を排出する排気ダクトとを含む。排気ダクトは、複数の車両骨格部材とで形成される空間に筐体からの空気を排出する。車両骨格部材には、車両骨格部材を貫通し、筐体から排出された空気が流通する流路が形成されている。

第１の発明によると、車両に搭載された電気機器の一例である組電池（走行用バッテリ）を冷却した後の空気を車室内に排出する場合において、排気ダクトから、複数の車両骨格部材（メンバ、特にクロスメンバ、サイドメンバ）とで形成される空間に筐体からの空気が排出される。この状態では、メンバにより構成される形成される閉空間（ある程度仕切られた空間）に、排気が排出されるので、局部的な温度上昇を招きかねない。しかしながら、メンバには、メンバを貫通し、筐体から排出された空気が流通する流路が形成されている（強度不足にならないように形成されている）。このため、このメンバの流路を通して、筐体から排出された空気が分散される。分散された空気は、後席下方、センタートンネル、スカッフ等から車室内や車外に排出される。その結果、大きなスペースを必要としないで、車室内の局部的な温度上昇を回避することができる、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。

第２の発明に係る冷却装置は、電気機器が収納された筐体に空気を導入する吸気ダクトと、筐体から空気を排出する排気ダクトとを含む。排気ダクトは、フロアカーペットとフロアパネルとの間に設けられた緩衝材で形成される空間に筐体からの空気を排出する。緩衝材の内部には、緩衝材を貫通し、筐体から排出された空気が流通する流路が形成されている。

第２の発明によると、車両に搭載された電気機器の一例である組電池（走行用バッテリ）を冷却した後の空気を車室内に排出する場合において、排気ダクトから、フロアカーペットとフロアパネルとの間に設けられた緩衝材で形成される空間に筐体からの空気が排出される。この状態では、緩衝材で形成される閉空間（ある程度仕切られた空間）に、排気が排出されるので、局部的な温度上昇を招きかねない。しかしながら、緩衝材の内部には、緩衝材を貫通し、筐体から排出された空気が流通する流路が形成されている（緩衝機能を阻害しないように形成されている）。このため、この緩衝材の流路を通して、筐体から排出された空気が分散される。分散された空気は、後席下方、センタートンネル、スカッフ等から車室内や車外に排出される。その結果、大きなスペースを必要としないで、車室内の局部的な温度上昇を回避することができる、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。

第３の発明に係る冷却装置においては、第２の発明の構成に加えて、緩衝材の内部には、筐体から排出された空気が流通する複数の流路が形成されている。

第３の発明によると、緩衝材の内部には、筐体から排出された空気が流通する複数の流路が形成されているので、筐体から排出された空気をより多く分散させることができる。

第４の発明に係る冷却装置においては、第２の発明の構成に加えて、緩衝材の内部には、筐体から排出された空気が流通する流路であって、緩衝材の内部で分岐された複数の排出口が形成されている。

第４の発明によると、緩衝材の内部には、筐体から排出された空気が流通する流路であって、緩衝材の内部で分岐された複数の排出口が形成されているので、より多くの方向に筐体から排出された空気を分散させることができる。

第５の発明に係る冷却装置においては、第２〜４のいずれかの発明の構成に加えて、流路は、湾曲した形状を有するものである。

第５の発明によると、緩衝材の内部に形成された流路は、湾曲してその流れの方向を変更することができる。このため、多くの方向に筐体から排出された空気を分散させることができる。

第６の発明に係る冷却装置は、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、排気ダクトの途中に吸込型のファンをさらに含む。

第６の発明によると、排気ダクトの途中に設けられた吸込型のファンにより、吸気ダクトを通して、電気機器が収納された筐体に冷却空気を導入することができる。

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。なお、この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ー密度が高いため、軽量化・コンパクト化を図ることができ、また、メモリ効果がないという長所を有する。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。また、ＳＯＣの上限値と下限値とは、走行用バッテリ２２０のバッテリの劣化を抑制するために、たとえば、上限値を８０％とし、下限値を３０％として設定され、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、たとえば車両の後部座席や荷室のシート下（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リチウムイオン電池（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、リチウムイオン電池を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、たとえば、走行用バッテリ２２０の最も温度環境の好ましくない位置（たとえば、冷却風の流れが悪い位置、および／または、冷却風の温度が高い位置）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および図７を参照して、バッテリ冷却電動ファン２１１０から排出された空気の流れを分散させる本実施の形態に係る冷却装置について説明する。なお、図６の左上方向が車両の前方向である。さらに、図７は図６の上面図である。

図６および図７に示すように、バッテリ冷却電動ファン２１１０は、回転翼を回転させるモータと、モータにより回転される回転翼と、回転翼を収納した回転翼カバー２２３２と、排気ダクト２２４０とを備える。

この冷却装置を搭載した車両には、通常の車両と同じように、第１のクロスメンバ（たとえばセカンドクロスメンバ）１００００と、第２のクロスメンバ（たとえば後席クロスメンバ）１４０００とが、フロアパネル１１０００上に形成されている。

車両前方側のクロスメンバである第１のクロスメンバ１００００には、車両の構造上問題にならないように（構造上の強度不足にならないように）、通風孔１０１００が設けられている。

車両後方側のクロスメンバである第２のクロスメンバ１４０００上およびフロアパネル１１０００上には、それぞれ緩衝材１２０００、緩衝材１３０００が設けられている。この緩衝材１２０００および緩衝材１３０００は、フロアパネル１１０００とフロアカーペットとの間に設けられている。

第２のクロスメンバ１４０００上に設けられた緩衝材１２０００には、第１の通風孔１２１００および第２の通風孔１２２００が設けられている。さらに、第１のクロスメンバ１００００と同様に第２のクロスメンバ１４０００にも通風孔を設けるようにしても構わない。

緩衝材１３０００には、第１の通風孔１２１００に対応する位置に第１の通風ダクト１３１００が設けられ、第２の通風孔１２２００に対応する位置に第２の通風ダクト１３２００が設けられている。なお、第２のクロスメンバ１４０００に通風孔を設けるようにした場合には、緩衝材１３０００には、第２のクロスメンバ１４０００の通風孔に対応する位置に通風ダクトが設けられる。

以上のような構造を有する本実施の形態に係る冷却装置における、バッテリ冷却電動ファン２１１０から排出された空気の流れについて、図６および図７を参照して説明する。

図６および図７の矢示Ｂに示すように、排気ダクト２２４０から排出された空気は、これらのクロスメンバや緩衝材により形成される閉空間（ある程度仕切られた空間）に、流れ込む。本実施の形態に係る冷却装置においては、この排出された空気を分散させることができる。本実施の形態に係る冷却装置において分散される方向は、以下の３方向である。

（ａ）排気ダクト２２４０から排出された空気は、第１のクロスメンバ１００００に設けられた通風孔１０１００の方向であって矢示Ｃ（１０）で示される方向へ流れ、ついで通風孔１０１００の方向である矢示Ｃ（１１）で示される方向へ流れ、さらに、通風孔１０１００を通過する矢示Ｃ（１２）で示される方向に流れる。なお、このとき、これらのクロスメンバや緩衝材により形成される閉空間（ある程度仕切られた空間）における空気の静圧よりも第１のクロスメンバ１００００よりも車両前方側の空気の静圧の方が低いので、排気ダクト２２４０から排出された空気は、矢示Ｂ方向に流れるのみならず、矢示Ｃ（１０）方向に流れる。

（ｂ）排気ダクト２２４０から排出された空気は、第２のクロスメンバ１４０００上に設けられた緩衝材１２０００の第１の通風孔１２１００の方向であって矢示Ｃ（２０）で示される方向へ流れ、ついで通風孔１２１００の方向である矢示Ｃ（２１）で示される方向へ流れ、さらに、緩衝材１３０００に設けられた通風ダクト１３１００を通過する矢示Ｃ（２２）で示される方向に流れ、さらに、通風ダクト１３１００から排出される矢示Ｃ（２３）で示される方向に流れる。

（ｃ）排気ダクト２２４０から排出された空気は、第２のクロスメンバ１４０００上に設けられた緩衝材１２０００の第２の通風孔１２２００の方向であって矢示Ｃ（３０）で示される方向へ流れ、ついで通風孔１２２００の方向である矢示Ｃ（３１）で示される方向へ流れ、さらに、緩衝材１３０００に設けられた通風ダクト１３２００を通過する矢示Ｃ（３２）で示される方向に流れ、さらに、通風ダクト１３２００から排出される矢示Ｃ（３３）で示される方向に流れる。

なお、上述した（ｂ）および（ｃ）のいずれの場合にも、これらのクロスメンバや緩衝材により形成される閉空間（ある程度仕切られた空間）における空気の静圧よりも第２のクロスメンバ１４０００よりも車両後方側の空気の静圧の方が低いので、排気ダクト２２４０から排出された空気は、矢示Ｂ方向に流れるのみならず、矢示Ｃ（２０）および矢示Ｃ（３０）の方向に流れる。

さらに、矢示Ｃ（１２）で示される排風、矢示Ｃ（２３）で示される排風および矢示Ｃ（３３）で示される排風は、それぞれの位置に近い、後席下方、センタートンネル、スカッフ等から車室内や車外に排出される。

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、クロスメンバに通風孔、フロアカーペットの下に設けられた緩衝材に通風孔および通風ダクトをそれぞれ設けたことにより、バッテリ冷却電動ファン２１１０の排気ダクト２２４０から排出された空気を、分散させることができる。この場合において、排気専用の独立したダクトを特段設ける必要がなく、無駄なスペースを必要としない。。

なお、上述した第１の実施の形態においては、緩衝材１３０００に設けられた第１の通風ダクト１３１００および第２の通風ダクト１３２００は直線状であったが、これらの通風ダクトが途中から図６の紙面上下方向に曲がっているものであっても、紙面上下方向に枝分かれしているものであっても構わない。

＜第２の実施の形態＞
図８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１−５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８に示す上面図において、前述の図７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８は、前述の第１の実施の形態の図７に対応する上面図である。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８の矢示Ｂ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、第２のクロスメンバ１４０００の上部に載置された緩衝材２２０００に１つの通風孔しか有しないこと、緩衝材２３０００の通風ダクトの入口は１ヶ所で出口が３ヶ所に、緩衝材２３０００の内部で枝分かれしていることの、２点である。

すなわち、本実施の形態においては、第１のクロスメンバ１００００に通風孔１０１００を設けたことは第１の実施の形態と同じであるが、車両後方へ排出される空気の流れが第１の実施の形態と異なる。

図８に示すように、第２のクロスメンバ１４０００上に設けられた緩衝材２２０００には、１個の通風孔２２１００が設けられている。緩衝材２３０００には、通風孔２２１００に対応する位置に通風ダクト２３１００が設けられている。

緩衝材２３０００の内部において、通風ダクト２３１００は三方向に枝分かれしている。通風ダクト２３１００は、図８の紙面上方向へ向かう通風分流ダクト２３２００、図８の紙面右方向（車両後方向）へ向かう通風分流ダクト２３３００および図８の紙面下方へ向かう通風分流ダクト２３４００に枝分かれしている。

なお、通風孔２２１００の位置に対応する緩衝材２３０００の位置に、通風ダクト２３１００が設けられている。

以上のような構造を有する本実施の形態に係る冷却装置における、バッテリ冷却電動ファン２１１０から排出された空気の流れについて、図８を参照して説明する。なお、上述した空気の流れ（ａ）については同じであるので、ここでの詳細な説明は繰り返さない。

図８の矢示Ｂに示すように、排気ダクト２２４０から排出された空気は、これらのクロスメンバや緩衝材により形成される閉空間（ある程度仕切られた空間）に、流れ込む。本実施の形態に係る冷却装置においては、この排出された空気を車両側方への流れを含めて分散させることができる。本実施の形態に係る冷却装置において分散される方向は、以下の３方向である。

（ｄ−１）排気ダクト２２４０から排出された空気は、第２のクロスメンバ１４０００上に設けられた緩衝材２２０００の第２の通風孔２２１００の方向であって矢示Ｄ（１０）で示される方向へ流れ、ついで通風孔２２１００の方向である矢示Ｄ（１１）で示される方向へ流れ、さらに、緩衝材２３０００に設けられた通風ダクト２３１００に導入される。緩衝材２３０００の内部において、矢示Ｄ（２０）で示される車両の側方に流れ、さらに、通風分流ダクト２３２００から排出される矢示Ｄ（２１）で示される方向に流される。

（ｄ−２）緩衝材２３０００に設けられた通風ダクト２３１００に導入された空気は、緩衝材２３０００の内部において、矢示Ｄ（３０）で示される車両の後方に流れ、さらに、通風分流ダクト２３３００から矢示Ｄ（３１）で示される方向に排出される。

（ｄ−３）緩衝材２３０００に設けられた通風ダクト２３１００に導入された空気は、緩衝材２３０００の内部において、矢示Ｄ（４０）で示される車両の側方（上述した（ｄ−１）とは異なる側方）に流れ、さらに、矢示Ｄ（４１）で示されるように通風分流ダクト２３４００を流れて、矢示Ｄ（４１）で示される方向に排出される。

なお、上述した（ｄ−１）〜（ｄ−３）のいずれの場合にも、これらのクロスメンバや緩衝材により形成される閉空間（ある程度仕切られた空間）における空気の静圧よりも第２のクロスメンバ１４０００よりも車両後方側の空気の静圧の方が低いので、排気ダクト２２４０から排出された空気は、矢示Ｂ方向に流れるのみならず、矢示Ｄ（１０）の方向に流れる。

さらに、矢示Ｄ（２１）で示される排風、矢示Ｄ（３１）で示される排風および矢示Ｄ（４２）で示される排風は、それぞれの位置に近い、後席下方、センタートンネル、スカッフ等から車室内や車外に排出される。

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、クロスメンバやフロアカーペットの下に設けられた緩衝材に、通風孔および通風分流ダクトを設けたことにより、バッテリ冷却電動ファン２１１０の排気ダクト２２４０から排出された空気を、分散させることができる。この場合において、排気専用の独立したダクトを特段設ける必要がなく、無駄なスペースを必要としない。。

＜第３の実施の形態＞
図９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、第２の実施の形態と同様に、前述の第１の実施の形態と、図１−５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９に示す上面図において、前述の図７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９は、前述の第１の実施の形態の図７および前述の第２の実施の形態の図８に対応する上面図である。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８の矢示Ｂ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２の実施の形態に係る冷却装置との相違点は、第２のクロスメンバ１４０００の上部に載置された緩衝材３２０００に３つの通風孔を有すること、３つの通風孔のそれぞれの位置に対応する緩衝材３３０００の位置（３ヶ所）に通風ダクトを設けたこと、緩衝材３３０００の通風ダクトは枝分かれしないで曲がっている（湾曲している）ことの３点である。

すなわち、本実施の形態においては、第１のクロスメンバ１００００に通風孔１０１００を設けたことは第１の実施の形態と同じであるが、車両後方へ排出される空気の流れが第１の実施の形態と異なり、車両後方へ排出される空気の流れが第２の実施の形態と同じであるが、構造が異なる。

図９に示すように、第２のクロスメンバ１４０００上に設けられた緩衝材３２０００には、３個の通風孔３２１００、通風孔３２２００および通風孔３２３００が設けられている。緩衝材３３０００には、通風孔３２１００に対応する位置に通風湾曲ダクト３３１００が設けられ、通風孔３２２００に対応する位置に通風直線ダクト３３２００が設けられ、通風孔３２３００に対応する位置に通風湾曲ダクト３３３００が設けられている。

緩衝材２３０００の内部において、通風ダクト３３２００は直線状であるが、通風ダクト３３１００は車両側方（図９の紙面上方）に湾曲し、通風ダクト３３３００は車両側方（図９の紙面下方）に湾曲している。

以上のような構造を有する本実施の形態に係る冷却装置における、バッテリ冷却電動ファン２１１０から排出された空気の流れについて、図９を参照して説明する。なお、上述した空気の流れ（ａ）については同じであるので、ここでの詳細な説明は繰り返さない。

図９の矢示Ｂに示すように、排気ダクト２２４０から排出された空気は、これらのクロスメンバや緩衝材により形成される閉空間（ある程度仕切られた空間）に、流れ込む。本実施の形態に係る冷却装置においては、この排出された空気を車両側方への流れを含めて、緩衝材３３０００の内部で分岐させることなく、分散させることができる。本実施の形態に係る冷却装置において分散される方向は、以下の３方向である。

（ｅ−１）排気ダクト２２４０から排出された空気は、第２のクロスメンバ１４０００上に設けられた緩衝材３２０００の第１の通風孔３２１００の方向であって矢示Ｅ（１０）で示される方向へ流れ、ついで通風孔３２１００の方向である矢示Ｅ（１１）で示される方向へ流れ、さらに、緩衝材３３０００に設けられた通風湾曲ダクト３３１００を通過する矢示Ｅ（１２）で示される方向に流れ、さらに、通風湾曲ダクト３３１００から排出される矢示Ｅ（１３）で示される方向に流れる。

（ｅ−２）排気ダクト２２４０から排出された空気は、第２のクロスメンバ１４０００上に設けられた緩衝材３２０００の第２の通風孔３２２００の方向であって矢示Ｅ（２０）で示される方向へ流れ、ついで通風孔３２２００の方向である矢示Ｅ（２１）で示される方向へ流れ、さらに、緩衝材３３０００に設けられた通風直線ダクト３３２００を通過する矢示Ｅ（２２）で示される方向に流れ、さらに、通風直線ダクト３３２００から排出される矢示Ｅ（２３）で示される方向に流れる。

（ｅ−３）排気ダクト２２４０から排出された空気は、第２のクロスメンバ１４０００上に設けられた緩衝材３２０００の第３の通風孔３２３００の方向であって矢示Ｅ（３０）で示される方向へ流れ、ついで通風孔３２３００の方向である矢示Ｅ（３１）で示される方向へ流れ、さらに、緩衝材３３０００に設けられた通風湾曲ダクト３３３００を通過する矢示Ｅ（３２）で示される方向に流れ、さらに、通風湾曲ダクト３３３００から排出される矢示Ｅ（３３）で示される方向に流れる。

なお、上述した（ｅ−１）〜（ｅ−３）のいずれの場合にも、これらのクロスメンバや緩衝材により形成される閉空間（ある程度仕切られた空間）における空気の静圧よりも第２のクロスメンバ１４０００よりも車両後方側の空気の静圧の方が低いので、排気ダクト２２４０から排出された空気は、矢示Ｂ方向に流れるのみならず、矢示Ｅ（１０）、矢示Ｅ（２０）および矢示Ｅ（３０）の方向に流れる。

さらに、矢示Ｅ（１３）で示される排風、矢示Ｅ（２３）で示される排風および矢示Ｅ（３３）で示される排風は、それぞれの位置に近い、後席下方、センタートンネル、スカッフ等から車室内や車外に排出される。

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、クロスメンバやフロアカーペットの下に設けられた緩衝材に、３つの通風孔ならびに２つの通風湾曲ダクトおよび１つの通風直線ダクトを設けたことにより、バッテリ冷却電動ファン２１１０の排気ダクト２２４０から排出された空気を、分散させることができる。この場合において、排気専用の独立したダクトを特段設ける必要がなく、無駄なスペースを必要としない。

なお、上述した実施の形態は、いずれもクロスメンバに通風孔を備えるとともに、緩衝材にも通気ダクトを備えるものとして説明したが、いずれか一方のみを備えるものであっても構わない。

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冷却装置の冷却対象であ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冷却装置の上面斜視図である。 図６の上面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る冷却装置の上面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る冷却装置の上面図である。

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。

Claims (4)

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に空気を導入する吸気ダクトと、
   前記筐体から空気を排出する排気ダクトと、
   前記排気ダクトの途中に設けられる吸込型のファンとを含み、
   フロアパネル上には、第１のクロスメンバと、前記第１のクロスメンバよりも車両後方側に配置される第２のクロスメンバと、フロアパネルとフロアカーペットとの間に設けられ、前記第２のクロスメンバ上に配置される第１の緩衝材と、フロアパネルとフロアカーペットとの間に設けられ、前記第２のクロスメンバおよび前記第１の緩衝材よりも車両後方側に配置される第２の緩衝材とが設けられ、
   フロアパネルとフロアカーペットとの間には、前記第１のクロスメンバと、前記第２のクロスメンバおよび前記第１の緩衝材とにより区画された閉空間が形成され、
   前記ファンは、前記第１のクロスメンバと前記第２のクロスメンバとの間に配置され、前記排気ダクトは、前記閉空間に前記筐体からの空気を排出し、
   前記第１の緩衝材および前記第２の緩衝材には、前記閉空間に開口し、前記第１の緩衝材と前記第２の緩衝材との間で連通するように形成され、前記筐体から排出された空気が流通する流路が形成される、冷却装置。
2. 前記第１の緩衝材および前記第２の緩衝材には、前記筐体から排出された空気が流通する複数の前記流路が形成される、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記第１の緩衝材および前記第２の緩衝材には、前記筐体から排出された空気が流通し、前記第２の緩衝材の内部で分岐し、複数の排出口を有する前記流路が形成される、請求項１に記載の冷却装置。
4. 前記流路は、湾曲した形状を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却装置。

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