JP2011020552A

JP2011020552A - 車両用電気機器の冷却ユニットの搭載方法及び車載用電気機器の冷却ユニット

Info

Publication number: JP2011020552A
Application number: JP2009166933A
Authority: JP
Inventors: Koji Hara; 浩二原; Hideo Omi; 秀朗大見
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-07-15
Also published as: JP5182241B2

Abstract

【課題】限られたスペースに配置される冷却ダクトの圧力損失を抑制する。
【解決手段】ケーシング１２にＤＣ−ＤＣコンバータ２３を配置する工程と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３に第１のダクト５１の空気入口端５１ａを接続してケーシングアセンブリ４０とする工程と、ケーシングアセンブリ４０を車両に搭載する工程と、冷却ファン５６と第２のダクト５５とをブラケット５８に一体に取り付けて冷却ファンアセンブリ５９とする工程と、冷却ファンアセンブリ５９を第１のダクト５１に向ってケーシング２１の側面に沿った方向にスライドさせて第１のダクト５１と第２のダクト５５を接続して冷却ユニット５０を車両に搭載する方法。
【選択図】図６

Description

本発明は、車載用電気機器の冷却ユニットの車両への搭載方法及び車載用電気機器の冷却ユニットの構造に関する。

エンジンとモータとを組み合わせて車両を駆動するハイブリッド車両やモータによって車両を駆動する電気自動車などの電動車両では、車両に充放電可能な二次電池を搭載し、二次電池の出力でモータまたはモータジェネレータなどを駆動している。二次電池は構造上、モータまたはモータジェネレータの駆動用電力よりも低圧の電圧のものとし、この低圧電圧をモータまたはモータジェネレータ駆動用の高圧電圧に昇圧して車両を駆動している。また、モータジェネレータによって発電された高圧の電力を降圧して二次電池に充電するようにしている。この様に、二次電池の電圧をモータまたはモータジェネレータの駆動用電圧に変換したり、逆にモータジェネレータの発電電力の電圧を二次電池の充電用に変換したりする装置としてＤＣ−ＤＣコンバータが用いられている。二次電池、ＤＣ−ＤＣコンバータは動作中に発熱することから、これらの機器が動作している間は、二次電池やＤＣ−ＤＣコンバータを冷却することが必要となる。

一方、二次電池、ＤＣ−ＤＣコンバータは電気機器であることから、冷却用の空気は水滴を含まないことが必要となるので、冷却用は車室内の空気を二次電池やＤＣ−ＤＣコンバータに循環させる方法が多い。この場合、二次電池やＤＣ−ＤＣコンバータを冷却して温度が上昇した空気か乗員に不快感を与えないように、二次電池やＤＣ−ＤＣコンバータを冷却した後の冷却空気の車室内への排出ダクトの排出口を複数の位置に分散配置する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２には、二次電池を冷却した後の空気を用いてＤＣ−ＤＣコンバータを冷却する場合ＤＣ−ＤＣコンバータの発熱部位に対してバランスよく冷却空気を流すことができるようなダクトの形状が提案されている。

特開２００７−２２３５２３号公報特開２００７−２７６６６８号公報

ところで、二次電池やＤＣ−ＤＣコンバータの冷却空気を流すダクトは、大きくすると圧力損失が低下して冷却特性が向上する反面、特許文献１、２に記載されているように、限られた空間にダクトを配置しようとすると、ダクトの形状をいくつもの折れ曲がり部分を含む複雑なものにしたり、配置の関係から一部でダクトの外形寸法を小さくしたりする必要がある。この様に、ダクトの折れ曲がり部分が増えたり、流路断面積が小さくなったりする部分があると圧力損失が増加し、冷却効率が低下するという問題があった。

また、二次電池やＤＣ−ＤＣコンバータは特許文献１，２に記載されているように、車室内のセンターコンソールのように、組み立てスペースの取れる位置に配置される場合以外に、車両後部に配置される場合もある。この場合、後輪のタイヤハウスがあることから、二次電池やＤＣ−ＤＣコンバータ、冷却ダクト等の配置スペースはさらに限られたものとなり、ダクトの圧力損失が増加してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、限られたスペースに配置される冷却ダクトの圧力損失を抑制することを目的とする。

本発明の車両用電気機器の冷却ユニットの搭載方法は、筐体に車両用の電気機器を配置する工程と、電気機器に第１のダクトの一端を接続すると共に第１のダクトの他端が筐体の側面に沿って筐体の上面又は下面に沿った方向に直線状に延びるように第１のダクトを筐体に取り付けて筐体アセンブリとする工程と、電気機器と第１のダクトとが取り付けられた筐体アセンブリを車両に搭載する工程と、冷却ファンと、一端が冷却ファンに接続され、他端の外形が第１のダクトの他端の内形と略同一で直線状に延びる第２のダクトと、をブラケットに一体に取り付けて冷却ファンアセンブリとする工程と、車両に搭載された筐体アセンブリの第１のダクトの他端と冷却ファンアセンブリの第２のダクトの他端とを同軸に配置し、冷却ファンアセンブリを第１のダクトに向って筐体の側面に沿った方向にスライドさせて第１のダクトの他端に第２のダクトの他端を嵌めこんで第１のダクトと第２のダクトとを接続する工程と、を有することを特徴とする。

本発明の冷却ユニットの搭載方法において、筐体は内部に車両駆動用の二次電池を収納し、車両は車両幅方向に一対のタイヤハウスを備え、筐体アセンブリを車両に搭載する工程は、第１のダクトの他端が筐体の側面とタイヤハウスとの間で車両の前後方向に延びるように筐体アセンブリをタイヤハウスの間に搭載し、第２のダクトを接続する工程は、冷却ファンアセンブリの第２のダクトの他端を筐体の側面とタイヤハウスとの間に落とし込んだ後、冷却ファンアセンブリを車両の前後方向にスライドさせること、としても好適である。

本発明の車両用電気機器の冷却ユニットは、車両用の電気機器と共に筐体に取り付けられる冷却ユニットであって、筐体に取り付けられる冷却ファンと、一端が電気機器に接続され、他端が筐体の側面に沿って筐体の上面又は下面に沿った方向に直線状に延びる第１のダクトと、一端が冷却ファンに接続され、他端が第１のダクトの他端と同軸方向に直線状に延びて第１のダクトの他端に嵌め込まれる第２のダクトと、を有することを特徴とする。

本発明の冷却ユニットにおいて、筐体は、車両駆動用の二次電池を収納し、車両の幅方向に一対のタイヤハウスの間に搭載され、第１のダクトの他端と第２のダクトの他端との接続部分は、筐体の側面とタイヤハウスとの間に配置されていること、としても好適である。

本発明は、限られたスペースに配置される冷却ダクトの圧力損失を抑制することが出来るという効果を奏する。

本発明の実施形態における車両用電気機器の冷却ユニットが搭載された車両を示す説明図である。本発明の実施形態における車両用電気機器の冷却ユニットが搭載された車両の部分平面図である。本発明の実施形態における車両用電気機器と冷却ユニットとが取り付けられた二次電池のケーシングの斜視図である。本発明の実施形態における車両用電気機器と冷却ユニットのケーシングアセンブリを示す説明図である。本発明の実施形態における車両用電気機器と冷却ユニットの冷却ファンアセンブリを示す説明図である。本発明の実施形態における車両用電気機器と冷却ユニットのケーシングアセンブリに冷却ファンアセンブリを組み付ける工程を示す説明図である。従来技術における車両用電気機器と冷却ユニットとが取り付けられた二次電池のケーシングの斜視図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の冷却ユニット５０は、車両１０の後部に配置されたラゲージスペース１３の中に搭載された蓄電装置２０の側面に取り付けられている。そして、ラゲージスペース１３から吸い込んだ空気で蓄電装置２０に取り付けられている電気機器であるＤＣ−ＤＣコンバータを冷却した後、その空気を車外に排出するよう構成されている。

図２に示すように、内部に車両駆動用の二次電池２２が収納されている蓄電装置２０のケーシング２１は略直方体で、車両１０の後部車輪１５のタイヤハウス１４の間に搭載されている。冷却ユニット５０は、冷却ファン５６と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３の空気出口２５に接続される第１のダクト５１と、第１のダクト５１と冷却ファン５６とを接続する第２のダクト５５と、冷却ファン５６に接続され、空気を車外に導く第３のダクト５７とを含んでいる。第２のダクト５５と、冷却ファン５６と、第３のダクト５７とは共通のブラケット５８に一体に取り付けられており、冷却ファンアセンブリ５９を構成し、冷却ファンアセンブリ５９はボルト３２、ナット３１によってケーシング２１の取り付けラグ３０に取り付けられている。そして、ケーシング２１とタイヤハウス１４との車両１０の幅方向の間隔はＤとなっている。

冷却ファン５６を駆動すると、冷却空気はＤＣ−ＤＣコンバータ２３の空気入口２４からＤＣ−ＤＣコンバータ２３の中に吸い込まれ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３を構成するスイッチング素子などを冷却した後、空気出口２５から第１のダクト５１に流出する。第１のダクト５１に流出した冷却空気は、第１のダクト５１から第２のダクト５５を通って冷却ファン５６に吸い込まれる。冷却ファン５６で加圧された空気は第３のダクト５７に流出し、第３のダクトの空気出口端５７ｂから車外に排出される。

図３に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３は、直方体形状で、１つの側面に空気入口２４が設けられ、他の１つの側面に空気出口２５が設けられ、下部に設けられた４つのフランジ２６の各孔がケーシング２１の取り付け面２７に設けられた固定ボルト２８に嵌まり込み、固定ボルト２８にねじ込まれたナット２９によってケーシング２１に固定されている。第１のダクト５１は矩形断面のダクトで、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３の空気出口２５に接続され一端である空気入口端５１ａからケーシング２１の側面に沿って下方向に折れ曲がった後、ケーシング２１の側面に沿った面内で図１に示す車両１０の後方に向かってＬ字形に折れ曲がり、ケーシング２１の上面又は下面に沿って直線状に他端である空気出口端５１ｂまで延びている。第１のダクト５１の空気出口端５１ｂの近傍はその上流側のダクトよりも各辺の長さが長くなり、第２のダクト５５の空気入口端５５ａが嵌まり込めるような接続部分５１ｃとなっている。

第２のダクト５５は、第１のダクト５１の水平部分と同様の大きさの矩形ダクトであり、他端である空気入口端５５ａは第１のダクト５１の接続部分５１ｃに嵌まり込んで第１のダクト５１の空気出口端５１ｂと同軸に第１のダクト５１に接続されている。第２のダクト５５は空気入口端５５ａから空気出口端５５ｂに向かって山形に折れ曲がっている。折れ曲がり角度は、図２に示すように、タイヤハウス１４の形状に沿った角度となっている。そして、一端である空気出口端５５ｂは冷却ファン５６のケーシングに接続されている。

図２、図３に示すように、第２のダクト５５と、冷却ファン５６と、第３のダクト５７とが取り付けられている共通のブラケット５８は、溝形形状で、ケーシング２１に設けられた取り付けラグ３０に取り付けられる上側の上フランジ６５と下側の下フランジ６７とは、台形状となっており、冷却ファン５６、第２のダクト５５が取り付けられるウェブ６６の面がケーシング２１の側面に対して傾斜するよう構成されている。傾斜角度は、図２に示すように、隣接するタイヤハウス１４の形状に沿ったものとなっている。第２のダクト５５、冷却ファン５６の各取り付け脚６１，６２はボルト６３によってブラケット５８のウェブ６６の面に取り付けられている。第３のダクト５７は冷却ファン５６に取り付けられている。

以上のように構成されたＤＣ−ＤＣコンバータ２３の冷却ユニット５０の車両への搭載方法について説明する。図４に示すように、内部に二次電池２２を収納したケーシング２１を準備する。ケーシング２１は略直方体形状で、その下部に二次電池２２が搭載され、その上部にＤＣ−ＤＣコンバータ２３が取り付けられる取り付け面２７が設けられている。取り付け面２７は、ケーシング２１の上面よりも一段低くなった面であり、その表面にはＤＣ−ＤＣコンバータ２３や第１のダクト５１を固定するための固定ボルト２８が取り付けられている。また、ケーシング２１には、インバータ等が搭載されていても良い。

次に、ＤＣ―ＤＣコンバータ２３のフランジ２６の孔の位置を固定ボルト２８の位置に合わせて、図４に示す矢印のようにＤＣ−ＤＣコンバータ２３を取り付け面２７の上にセットし、図４の奥側の２本のナット２９を取り付ける。次に、図４に示す矢印のように、第１のダクト５１の空気入口端５１ａをＤＣ−ＤＣコンバータの空気出口２５の外側にはめ込み、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３の空気出口２５と第１のダクト５１の空気入口端５１ａとを接続する。また、図４に示す矢印のように、第１のダクト５１の空気入口端５１ａ側に設けられた取り付けアーム５４の孔の位置をケーシング２１の取り付け面２７の図４に示す手前側の２本のボルトに合わせて、アーム５４をＤＣ−ＤＣコンバータ２３のフランジ２６の上に重ね合わせる。そして、アーム５４の上からナット２９を取り付け、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３を固定すると共に、第１のダクト５１をケーシング２１に固定する。ケーシング２１にＤＣ−ＤＣコンバータ２３と、第１のダクト５１を取り付けると、ケーシングアセンブリ４０となる。

次にケーシングアセンブリ４０を図１、図２に示したように車両１０の後方のタイヤハウス１４の間にセットする。この際、ケーシング２１のＤＣ−ＤＣコンバータ２３の取り付けられている方を車両１０の車室１１に向け、第１のダクト５１がケーシング２１とタイヤハウス１４との間に入るようにセットして、図示しない固定ボルト、ナット等によってケーシングを車両１０に固定する。

図５に示すように、別途、冷却ファンアセンブリ５９を組み立てる。まず、第３のダクト５７を冷却ファン５６の側面に設けられている吐出口に接続する。これは、嵌めこみ式で接続しても良いし、第３のダクト５７と冷却ファン５６とにフランジを設け、そのフランジをボルトで締め付けて接続するようにしても良い。冷却ファン５６と第３のダクト５７との接続が出来たら、冷却ファン５６をブラケット５８に取り付ける。冷却ファン５６の取り付けは、溝型のブラケット５８のウェブ６６の面のねじ孔６４に取り付け脚６２の孔を合わせ、ボルト６３を締め付けて取り付ける。次に、第２のダクト５５の空気出口端５５ｂを冷却ファン５６の空気吸い込み口に取り付ける。これは、嵌めこみで合ってもよいし、第２のダクト５５と冷却ファン５６にフランジを設けておき、そのフランジをボルトで締めて接続するようにしても良い。そして、第２のダクト５５の取り付け脚６１の孔をブラケット５８のねじ孔６４に合わせて、ボルト６３を締めて第２のダクト５５をブラケット５８に固定する。図５では図示していないが、第３のダクト５７に取り付け脚６１が設けられている場合には、第２のダクト５５と同様にブラケット５８に固定する。この様にして、冷却ファン５６、第２のダクト５５、第３のダクト５７が共通のブラケット５８に固定され、冷却ファンアセンブリ５９が組み立てられる。

図６に示すように、冷却ファンアセンブリ５９の組み立てが終わったら、冷却ファンアセンブリ５９をケーシング２１に取り付けると共に第１のダクト５１の空気出口端５１ｂと第２のダクト５５の空気入口端５５ａとを接続する。まず、図２に示すように第２のダクト５５がケーシング２１とタイヤハウス１４との間に入るように冷却ファンアセンブリ５９を落とし込み、ケーシング２１に設けられている取り付けラグ３０に固定されているボルト３２に冷却ファンアセンブリ５９のブラケット５８の長孔６８を通す。取り付けラグ３０はケーシング２１の上面と、下側とに配置されているので、それぞれのボルト３２にそれぞれの長孔６８を通すようにする。そして、ブラケット５８の上フランジ６５と下フランジ６７とをそれぞれ取り付けラグ３０の上に載せ、冷却ファンアセンブリ５９の重量をケーシング２１にかけるようにする。このように、各ラグ３０に取り付けられたボルト３２に各長孔６８を通すと、第２のダクト５５の空気入口端５５ａは、第１のダクト５１の空気出口端５１ｂと略同軸で、ケーシング２１の側面に沿って略水平な方向となる。

そして、冷却ファンアセンブリ５９をケーシング２１の側面に沿った方向に水平にスライドさせ、第２のダクト５５の空気入口端５５ａを第１のダクト５１の接続部分５１ｃの中にはめ込む。図５、図６に示すように、第２のダクト５５の空気入口端５５ａの近傍の外面にはクッション材としてのスポンジ６０が取り付けられているので、第２のダクト５５の空気入口端５５ａが第１のダクト５１の接続部分５１ｃの内部に入り込むと各ダクト５１，５５間の隙間から空気が漏れないようになる。

第２のダクト５５が第１のダクト５１に接続されたら、ナット３１をボルト３２に取り付け、ブラケット５８をケーシング２１に固定する。

次に、従来技術の蓄電装置２０の構造と組み立て方法について図７を参照しながら説明する。図１から図６を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。図７に示すように、従来技術では、第１のダクト５１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３の空気出口２５の接続部分からケーシング２１の側面に沿って下側に向って折れ曲がり、その後、ケーシング２１の側面に沿って、空気出口端５１ｂが垂直上方となるように略Ｕ字形に折れ曲がっている。一方、第２のダクト５５は、その空気入口端５５ａが垂直下方で、冷却ファン５６に向って第１のダクト５１と逆方向に略Ｕ字形に折れ曲がって冷却ファン５６に接続されている。そして、冷却ファンアセンブリ５９をケーシング２１に取り付ける際には、冷却ファンアセンブリ５９を上方向から落とし込み、ブラケット５８の孔をボルト３２に合わせると共に、第２のダクト５５の空気入口端５５ａを第１のダクト５１の接続部分５１ｃに上方向から落とし込んで接続して組み立てる。

この様に従来技術の蓄電装置２０においては、冷却ユニット５０は冷却ファンアセンブリ５９を上から落とし込むことによってケーシング２１への取り付けと第１、第２のダクト５１，５５の接続とを行うようにしていたので、組み立ては簡単であるものの、第１のダクト５１と第２のダクト５５との形状が折れ曲がりの多い形状となってしまい、圧力損失が大きいという問題があった。さらに、第１のダクト５１と第２のダクト５５との接続部分５１ｃは前後の折れ曲がり部分のスペースを確保する必要上、車両の前後方向に大きくすることが出来ない上、ケーシング２１と図２に示すタイヤハウス１４との間隔Ｄが小さいことから各ダクト５１，５５の車両幅方向の長さを大きくすることもできない。このため、接続部分５１ｃ近傍の流路が狭くなり、さらに圧力損失が大きくなってしまうという問題があった。

一方、図１から図６を参照して説明した本実施形態では、第１のダクト５１と第２のダクト５５との折れ曲がりが少なく、圧力損失を低減することが出来るという効果を奏する。また、本実施形態では、第１のダクト５１と第２のダクト５５とタイヤハウス１４との間隔Ｄが小さい場合でも必要に応じて第１のダクト５１と第２のダクト５５の上下方向の寸法を大きくして流路断面積を大きくすることができるので、間隔Ｄが小さい場合でも圧力損失を低減することが出来る。さらに、本実施形態では、冷却ファンアセンブリ５９の荷重を一端ケーシング２１に預けてから冷却ファンアセンブリ５９を車両前後方向にスライドして第１のダクト５１と第２のダクト５５とを接続するようにしていることから、組み立て作業者が冷却ファンアセンブリ５９全体の重量を支えたまま、冷却ファンアセンブリ５９を横に動かす必要がなく、略上方向からの組み付け姿勢で作業することが出来、従来技術と同様の組み立て性とすることが出来る。

以上説明した本実施形態では、ブラケット５８は、１つの溝型形状として説明したが、ケーシング２１に取り付けられるような形状であれば、平板に複数の取りつけアームが設けられたものとしても良い。

１０車両、１１車室、１３ラゲージスペース、１４タイヤハウス、１５後部車輪、２０蓄電装置、２１ケーシング、２２二次電池、２３ＤＣ―ＤＣコンバータ、２４空気入口、２５空気出口、２６フランジ、２７取り付け面、２８固定ボルト、２９，３１ナット、３０取り付けラグ、３２，６３ボルト、４０ケーシングアセンブリ、５０冷却ユニット、５１第１のダクト、５１ａ，５５ａ空気入口端、５１ｂ，５５ｂ，５７ｂ空気出口端、５１ｃ接続部分、５４取り付けアーム、５５第２のダクト、５６冷却ファン、５７第３のダクト、５８ブラケット、５９冷却ファンアセンブリ、６０スポンジ、６１，６２取り付け脚、６４ねじ孔、６５上フランジ、６６ウェブ、６７下フランジ、６８長孔。

Claims

車両用電気機器の冷却ユニットの搭載方法であって、
筐体に車両用の電気機器を配置する工程と、
電気機器に第１のダクトの一端を接続すると共に第１のダクトの他端が筐体の側面に沿って筐体の上面又は下面に沿った方向に直線状に延びるように第１のダクトを筐体に取り付けて筐体アセンブリとする工程と、
電気機器と第１のダクトとが取り付けられた筐体アセンブリを車両に搭載する工程と、
冷却ファンと、一端が冷却ファンに接続され、他端の外形が第１のダクトの他端の内形と略同一で直線状に延びる第２のダクトと、をブラケットに一体に取り付けて冷却ファンアセンブリとする工程と、
車両に搭載された筐体アセンブリの第１のダクトの他端と冷却ファンアセンブリの第２のダクトの他端とを同軸に配置し、冷却ファンアセンブリを第１のダクトに向って筐体の側面に沿った方向にスライドさせて第１のダクトの他端に第２のダクトの他端を嵌めこんで第１のダクトと第２のダクトとを接続する工程と、
を有することを特徴とする冷却ユニットの搭載方法。
請求項１に記載の冷却ユニットの搭載方法であって、
筐体は内部に車両駆動用の二次電池を収納し、車両は車両幅方向に一対のタイヤハウスを備え、
筐体アセンブリを車両に搭載する工程は、第１のダクトの他端が筐体の側面とタイヤハウスとの間で車両の前後方向に延びるように筐体アセンブリをタイヤハウスの間に搭載し、
第２のダクトを接続する工程は、冷却ファンアセンブリの第２のダクトの他端を筐体の側面とタイヤハウスとの間に落とし込んだ後、冷却ファンアセンブリを車両の前後方向にスライドさせること、
を特徴とする冷却ユニットの搭載方法。
車両用の電気機器と共に筐体に取り付けられる車両用電気機器の冷却ユニットであって、
筐体に取り付けられる冷却ファンと、
一端が電気機器に接続され、他端が筐体の側面に沿って筐体の上面又は下面に沿った方向に直線状に延びる第１のダクトと、
一端が冷却ファンに接続され、他端が第１のダクトの他端と同軸方向に直線状に延びて第１のダクトの他端に嵌め込まれる第２のダクトと、
を有することを特徴とする冷却ユニット。
請求項３に記載の冷却ユニットであって、
筐体は、車両駆動用の二次電池を収納し、車両の幅方向に一対のタイヤハウスの間に搭載され、
第１のダクトの他端と第２のダクトの他端との接続部分は、筐体の側面とタイヤハウスとの間に配置されていること、
を特徴とする冷却ユニット。