特許 7545365 冷却構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-27

(45)【発行日】2024-09-04

(54)【発明の名称】冷却構造

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6566 20140101AFI20240828BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240828BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240828BHJP

   H01M 10/6563 20140101ALI20240828BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6566

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/6563

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021088932

(22)【出願日】2021-05-27

(65)【公開番号】P2022181775

(43)【公開日】2022-12-08

【審査請求日】2023-11-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】太田 博亮

(72)【発明者】

【氏名】福澤 由紀

(72)【発明者】

【氏名】宮田 大資

(72)【発明者】

【氏名】服部 正吾

【審査官】新田 亮

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１７５０１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０１６１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１７２９３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６５６６

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６５６３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電装置を冷却する冷却構造であって、
前記蓄電装置に向けて吸気するための吸気口と、
羽を有し、前記羽の回転によって前記吸気口から気体を吸い込み、前記気体を前記蓄電装置に向けて送風する送風機と、
前記吸気口と前記送風機とを接続する流路と、
前記吸気口に設けられ、かつ、異物が前記吸気口から前記流路に侵入することを抑制する異物侵入抑制部材と、
前記流路において前記異物侵入抑制部材と前記送風機との間に設置され、前記羽の回転による棒状異物の振動を抑制可能に設けられた振動抑制部材と、を備え、
前記異物侵入抑制部材は、前記気体を前記流路に吸い込むための複数の第１の開口部を有し、
前記振動抑制部材は、前記流路に設置された状態において複数の第２の開口部が形成されるように構成されている、冷却構造。

【請求項2】

前記棒状異物は、前記棒状異物の先端部が前記羽に接触することにより移動し、
前記送風機は、前記羽を回転させる回転軸を有し、
前記振動抑制部材は、前記回転軸の軸方向に交差する向きにおいて前記棒状異物の移動範囲を制限する、請求項１に記載の冷却構造。

【請求項3】

各前記第２の開口部の開口は、前記第１の開口部の開口よりも大きい、請求項１または２に記載の冷却構造。

【請求項4】

前記振動抑制部材は、互いに交差する複数の桟または一本の桟を含む、請求項３に記載の冷却構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車両に搭載される蓄電装置を冷却する冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、蓄電装置と、当該蓄電装置を冷却する冷却構造とを備える車両が知られている。たとえば、特開２００７－１７２９３９号公報（特許文献１）には、蓄電装置としての電池スタックと、冷却構造としての冷却ファンおよび吸気口とを有する電池パックが開示されている。吸気口は、冷却ファンの近傍に位置する側面に設けられている。吸気口の前面には異物混入防止のルーバーが配設されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－１７２９３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の電池パックでは、吸気口から冷却ファンまで到達する長さを有する棒状異物がルーバーを介して電池パックの内部に侵入した場合、冷却ファンの回転によって棒状異物が振動する。これにより、異音が生じたり、棒状異物が外部に飛び出したりする可能性がある。

【0005】

本開示は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、吸気口から送風機まで到達する長さを有する棒状異物が冷却構造内に侵入した場合に、棒状異物による異音の大きさを低減し、かつ棒状異物の外部への飛び出しを抑制可能な冷却構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のある局面に従うと、蓄電装置を冷却する冷却構造は、蓄電装置に向けて吸気するための吸気口と、羽を有し、羽の回転によって吸気口から気体を吸い込み、気体を蓄電装置に向けて送風する送風機と、吸気口と送風機とを接続する流路と、吸気口に設けられ、かつ、異物が吸気口から流路に侵入することを抑制する異物侵入抑制部材と、流路において異物侵入抑制部材と送風機との間に設置され、羽の回転による棒状異物の振動を抑制可能に設けられた振動抑制部材と、を備える。異物侵入抑制部材は、気体を流路に吸い込むための複数の第１の開口部を有する。振動抑制部材は、流路に設置された状態において複数の第２の開口部が形成されるように構成されている。

【0007】

このような構成によれば、振動抑制部材によって、送風機の羽の回転に基づく、棒状異物の振動を抑制できる。したがって、冷却構造によれば、棒状異物の振動による異音の大きさを低減できるとともに、棒状異物の外部への飛び出しを抑制することができる。

【0008】

好ましくは、棒状異物は、棒状異物の先端部が羽に接触することにより移動する。送風機は、羽を回転させる回転軸を有する。振動抑制部材は、回転軸の軸方向に交差する向きにおいて棒状異物の移動範囲を制限する。このような構成によれば、振動抑制部材によって、棒状異物の振動を抑制することができる。

【0009】

好ましくは、各第２の開口部の開口は、第１の開口部の開口よりも大きい。このような構成よれば、第２の開口部によって、棒状異物の振動を抑制できる。さらに、振動抑制部材によって空気の吸気効率が低下してしまうことを防止できる。

【0010】

好ましくは、振動抑制部材は、互いに交差する複数の桟または一本の桟を含む。このような構成によれば、振動抑制部材の構造を簡素化できる。

【発明の効果】

【0011】

上記の開示によれば、棒状異物による異音の大きさを低減し、かつ棒状異物の外部への飛び出しを抑制可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】冷却構造を示す概略図である。

【図2】図２のII-II線矢視断面図である。

【図3】振動抑制部材の具体的構成を例示した図である。

【図4】翼部の具体的構成を例示した図である。

【図5】送風機が駆動していない状態において、棒状異物の一部が冷却構造の内部に侵入した状態を表している。

【図6】送風機が駆動したときの棒状異物の振動状態を表した図である。

【図7】振動抑制部材の振動抑制効果を説明するための図である。

【図8】他の形態の振動抑制部材を流路に設置した状態を示す図である。

【図9】さらに他の形態の振動抑制部材を流路に設置した状態を示す図である。

【図10】さらに他の形態の振動抑制部材を流路に設置した状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部材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り返さない。また、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本開示の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。

【0014】

図１は、実施の形態の冷却構造を示す概略図である。図１を参照して、実施の形態の冷却構造を備えた車両および、冷却構造の概略構成について説明する。

【0015】

図１に示すように、実施の形態に係る冷却構造１０は、蓄電装置２が搭載された車両に搭載される。具体的には、本実施の形態の冷却構造１０は、モータとエンジンとの少なくとも一方の駆動力を用いて走行可能なハイブリッド車両、または、電気エネルギによって得られたモータの駆動力で走行する電動車両等の車両に搭載される。

【0016】

蓄電装置２は、上記モータに電力を供給する。一方で、回生制動等によってモータで発電された電力が、蓄電装置２に充電される。蓄電装置２は、たとえば、後部座席７０の下方に設けられている。なお、蓄電装置２の設置位置は、後部座席７０の下方に限定されず、後部座席７０の後方側であってもよく、蓄電装置２は、適宜設置することができる。

【0017】

蓄電装置２は、車両幅方向に沿って延在する長手形状を有する。蓄電装置２は、収容ケース３および蓄電モジュール４を含む。蓄電モジュール４は、収容ケース３内に収容されている。蓄電モジュール４は、複数の蓄電セル５が直列して接続されることにより構成されている。なお、蓄電セル５の個数は、特に限定されない。

【0018】

蓄電セル５は、たとえば、ニッケル水素電池、またはリチウムイオン電池等の二次電池である。蓄電セル５は、たとえば角型形状を有する。二次電池は、液状の電解質を用いるものであってもよいし、固体状の電解質を用いるものであってもよい。なお、蓄電セル５は、二次電池に限定されず、蓄電可能に構成されたキャパシタ等であってもよい。

【0019】

冷却構造１０は、蓄電装置２を冷却する。冷却構造１０は、後部座席７０の下部側であって、車両外側における後部座席７０の側面側から車両室内の空気を吸い込み可能に構成されている。冷却構造１０は、吸気口９０と、異物侵入抑制部材５０と、ダクト３１，３２と、送風機６０とを備える。

【0020】

異物侵入抑制部材５０は、吸気口９０に設けられている。異物侵入抑制部材５０は、異物が吸気口９０からダクト３１内に侵入することを抑制する。異物侵入抑制部材５０は、典型的には、吸気用のルーバー、吸気用のグリルである。

【0021】

ダクト３１，３２は、車両室内の空気を蓄電モジュール４に導く。ダクト３１，３２は、送風機６０に接続されている。ダクト３１は、吸気口９０から吸い込まれた車両室内の空気を送風機６０に導く。ダクト３２は、送風機６０から吹き出される空気を蓄電装置（詳しくは、蓄電モジュール４）に導く。

【0022】

送風機６０を駆動させることにより、車両室内の空気が収容ケース３内に送風される。詳しくは、送風機６０は、羽を有し、羽の回転によって吸気口９０から車室内の空気を吸い込み、空気を蓄電装置２に向けて送風する。

【0023】

冷却構造１０は、車両の左右方向の両端側にそれぞれ設けられている。送風機６０は、後部座席７０の下部側であって、蓄電モジュール４の前方側に配置されている。２つの送風機６０の間には、蓄電モジュールを制御するための電子機器が収容された機器ボックス４０が配置されている。

【0024】

図２は、図１のII-II線矢視断面図である。図２に示されているように、冷却構造１０は、ダクト３１と、吸気口９０と、異物侵入抑制部材５０と、振動抑制部材８０と、送風機６０と、流路１００とを備える。

【0025】

吸気口９０は、蓄電装置２に向けて吸気するために設けられている。流路１００は、吸気口９０と送風機６０とを接続する。吸気口９０は、車室内に面するように設けられている。本例では、吸気口９０は、車両のドアスカッフ２０に設けられている。

【0026】

送風機６０は、モータ６１と、翼部６３とを含む。モータ６１は、回転軸（シャフト）６１１を含む。翼部６３は、複数の羽６３１を有する。翼部６３は、回転軸６１１に接続されており、モータ６１の回転に伴い回転する。このように、回転軸６１１は、モータ６１の回転によって、羽６３１を回転させる。本例では、送風機６０として、シロッコファンを用いている。送風機６０の種類は、これに限定されず、たとえばターボファン等の他の種類のファンであってもよい。なお、本例では、送風機６０とダクト３１とは、車両のボディ９９上に設置されている。

【0027】

異物侵入抑制部材５０には、複数の開口部５１が設けられている。複数の開口部５１は、行列状に並ぶように設けられている（図１参照）。送風機６０の駆動により、複数の開口部５１から車室内の空気が吸い込まれる。異物侵入抑制部材５０は、異物が吸気口９０から流路１００に侵入することを抑制する。

【0028】

振動抑制部材８０は、吸気口９０と送風機６０とを接続する流路１００に設けられている。振動抑制部材８０は、流路１００において異物侵入抑制部材５０と送風機６０との間に設置されている。振動抑制部材８０は、複数の開口部８１を有する。振動抑制部材８０は、異物の振動を抑制可能に設けられている。振動抑制部材８０は、送風機６０と対向する状態で設置されている。振動抑制部材８０は、複数の開口部８１が送風機６０側を向くように構成されている。

【0029】

図３は、振動抑制部材８０の具体的構成を例示した図である。図３に示されるように、振動抑制部材８０は、複数の開口部８１と、枠体８２と、枠体８２に設けられ上記複数の開口部８１を規定する格子状部分８３とを備える。複数の開口部８１は、行列状に並ぶように設けられている。振動抑制部材８０では、枠体８２内に複数の開口部８１が行列状に並ぶように構成されている。各開口部８１の開口の大きさは、異物侵入抑制部材５０の開口部５１の開口よりも大きい。

【0030】

図４は、翼部６３の具体的構成を例示した図である。図４に示されているように、翼部６３は、複数の羽６３１を有する。複数の羽６３１は、翼部６３の回転方向に沿って、一定の間隔で配置されている。

【0031】

図５は、送風機６０が駆動していない状態において、棒状異物２００の一部が冷却構造１０の内部に侵入した状態を表している。図５に示すように、吸気口９０から送風機６０まで到達する長さを有する棒状異物２００が、上記複数の開口部５１のうちの１つを介して流路１００に侵入する場合がある。棒状異物２００は、複数の開口部８１のうちの１つを介して送風機６０に到達する位置まで侵入している。

【0032】

図５の例では、棒状異物２００は、上記１つの開口部５１の下部側を規定する部分の異物侵入抑制部材５０の壁部と、上記１つの開口部８１の下部側を規定する部分の振動抑制部材８０の壁部と、羽６３１とで支持されている。

【0033】

棒状異物２００としては、串状の形態を有する異物が挙げられる。たとえば、棒状異物２００として、バーベキューで使用する金属製または非金属製の串が挙げられる。棒状異物２００の直径および長さは、一例として、それぞれ２．３ｍｍ、３００ｍｍである。

【0034】

図６は、送風機６０が駆動したときの棒状異物２００の振動状態を表した図である。図６に示されるように、棒状異物２００の両端部２２０，２３０のうち羽６３１に接した端部２２０（以下、「先端部２２０」とも称する）は、羽６３１の回転により力を受ける。先端部２２０に対して送風機６０による力が作用する。先端部２２０は、作用点となる。したがって、先端部２２０は、羽６３１に接触することにより移動する。

【0035】

上述したように、開口部８１の開口の大きさは、開口部５１の開口の大きさよりも大きい。また、送風機６０が停止しているときには、棒状異物２００は、開口部８１と開口部５１とによって支持されている。このため、送風機６０が駆動したときには、棒状異物２００は、開口部５１に位置する部分（後述する被支持部２１０）を支点として振動する。

【0036】

この場合、先端部２２０の軌跡は、所定の回転軸まわりに回転した形状となる。図６では、先端部２２０の軌跡が円になる場合を例示している。たとえば、ある局面においては、棒状異物２００は、開口部５１に位置し、異物侵入抑制部材５０に支持された被支持部２１０が円錐面の頂点となり、当該被支持部２１０から先端部２２０までの棒状部分の軌跡が円錐面となるように振動する。

【0037】

振動抑制部材８０は、棒状異物２００の羽６３１の回転に基づく振動を抑制する。振動抑制部材８０は、モータ６１の回転軸６１１の軸方向Ｃに交差する向きにおいて棒状異物２００の移動範囲を制限する。振動抑制部材８０は、開口部８１によって、棒状異物２００の移動範囲を制限する。

【0038】

棒状異物２００が開口部８１を通過して先端部２２０が羽６３１に接触した場合、開口部８１の箇所では、棒状異物２００の移動範囲が制限される。開口部８１の箇所では、少なくとも、棒状異物２００は、開口部８１を規定する振動抑制部材８０の壁部によって車両上下方向および車両前後方向の移動範囲が制限される。

【0039】

図７は、振動抑制部材８０の振動抑制効果を説明するための図である。図７に示されるように、冷却構造１０に振動抑制部材８０を設置した場合の棒状異物２００の振動状態を実線で示している。冷却構造１０から振動抑制部材８０を取り除いた場合（冷却構造に振動抑制部材８０を設置しなかった場合）における棒状異物２００の振動状態を破線で示している。

【0040】

冷却構造１０に振動抑制部材８０を設けたことにより、開口部８１を規定する振動抑制部材８０の壁部に棒状異物２００の一部分が接触する。それゆえ、冷却構造１０では、振動抑制部材８０がないとき（破線の場合）に比べて、棒状異物２００の動き（振動）が抑制される。振動抑制部材８０によって、円錐面の頂角θの値を小さくすることができる。このように、振動抑制部材８０によって棒状異物２００の振動が抑制されるため、振動抑制部材８０を備えない構成に比べて、異音の大きさを低減できる。

【0041】

棒状異物２００が羽６３１の回転により受ける遠心力の分力により、棒状異物２００が車室内へ飛び出してしまうおそれがある。特に、棒状異物２００の車室内に飛び出た部分の長さが、冷却構造１０内に侵入した部分の長さよりも長い場合には、当該飛び出た部分の遠心力の分力が大きくなる。振動抑制部材８０によれば、棒状異物２００の後端部２３０の軌跡である円の直径を小さくすることができる。たとえば、図示しているように、円の直径をＤ２からＤ１（＜Ｄ２）にすることができる。このため、遠心力の分力を小さくすることができる。したがって、羽６３１の回転によって棒状異物２００が車室内に飛び出してしまうことを抑制することが可能となる。

【0042】

ところで、異物侵入抑制部材５０の開口部５１の大きさを小さくすると、棒状異物２００が開口部５１を通過することを防止できる。その一方で、送風機６０による空気の単位時間当たりの吸入量が低下するため、冷却効果は低下する。そこで、上記のように、振動抑制部材８０を設けることにより、開口部５１の大きさを小さくすることなく、冷却効果の低下を抑制できる。

【0043】

以上のように、蓄電装置２を冷却する冷却構造１０は、蓄電装置２に向けて吸気するための吸気口９０と、羽６３１を有し、羽６３１の回転によって吸気口９０から空気を吸い込み、空気を蓄電装置２に向けて送風する送風機６０と、吸気口９０と送風機６０とを接続する流路１００と、吸気口９０に設けられ、かつ、異物が吸気口９０から流路１００に侵入することを抑制する異物侵入抑制部材５０と、流路１００において異物侵入抑制部材５０と送風機６０との間に設置され、羽６３１の回転による棒状異物の振動を抑制可能に設けられた振動抑制部材８０と、を備える。異物侵入抑制部材５０は、空気を流路１００に吸い込むための複数の開口部５１を有する。振動抑制部材８０は、流路１００に設置された状態において複数の開口部８１が形成されるように構成されている。このような構成によれば、棒状異物２００の振動による異音の大きさを低減できるとともに、棒状異物２００の車室内への飛び出しを抑制することができる。

【0044】

上述したように、振動抑制部材８０は、吸気口９０から送風機６０まで到達する長さを有する棒状異物２００が複数の開口部５１のうちの１つを介して流路１００に侵入した場合に、羽６３１の回転に基づく棒状異物２００の振動を抑制する。

【0045】

上述したように、棒状異物２００は、棒状異物２００の先端部２２０が羽６３１に接触することにより移動する。送風機６０は、羽６３１を回転させる回転軸６１１を有する。振動抑制部材８０は、回転軸６１１の軸方向Ｃに交差する向きにおいて棒状異物２００の移動範囲を制限する。このような構成によれば、棒状異物２００の振動を抑制することができる。

【0046】

上述したように、各開口部８１の開口は、開口部５１の開口よりも大きい。このような構成よれば、開口部８１によって、棒状異物２００の振動を抑制できる。さらに、振動抑制部材８０によって空気の吸気効率が低下してしまうことを防止できる。

【0047】

異物侵入抑制部材５０と送風機６０とは、上記のような長さの棒状異物２００の半分以上が流路１００に侵入するだけ離れていることが好ましい。これによれば、棒状異物２００の車室内に飛び出た部分の遠心力の分力を、冷却構造１０内に侵入した部分の遠心力の分力よりも小さくなる。その結果、棒状異物２００の飛び出しを防止することができる。

【0048】

＜変形例＞
（１）振動抑制部材８０の形状は、図３に示した形状に限定されない。図８は、振動抑制部材８０の第１の変形例である振動抑制部材８０Ａを流路１００に設置した状態を示す図である。図９は、振動抑制部材８０の第２の変形例である振動抑制部材８０Ｂを流路１００に設置した状態を示す図である。図１０は、振動抑制部材８０の第３の変形例である振動抑制部材８０Ｃを流路１００に設置した状態を示す図である。

【0049】

図８に示されるように、振動抑制部材８０Ａは、複数の桟が格子状に組み合わされた構造を有している。振動抑制部材８０Ａは、各桟の端部がダクト３１の内壁面３１ａに固定されている。振動抑制部材８０Ａが内壁面３１ａに設置された状態において、開口部８１が行列状に形成されている。

【0050】

図９に示されるように、振動抑制部材８０Ｂは、２本の桟が十字状に組み合わされた構造を有している。振動抑制部材８０Ｂは、各桟の４つの端部がダクト３１の内壁面３１ａに固定されている。この場合も、振動抑制部材８０Ｂが内壁面３１ａに設置された状態において、開口部８１が行列状に形成されている。

【0051】

図１０に示されるように、振動抑制部材８０Ｃは、１本の桟である。振動抑制部材８０Ｂは、一本の桟の両端部がダクト３１の内壁面３１ａに固定されている。この場合も、振動抑制部材８０Ｃが内壁面３１ａに設置された状態において、開口部８１が行列状に形成されている。

【0052】

振動抑制部材８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃによっても、振動抑制部材８０と同様の効果を得ることができる。また、振動抑制部材８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃによれば、振動抑制部材８０よりも構造を簡素化できる。

【0053】

（２）上記においては、ダクト３１と送風機６０とが接続され、かつ送風機６０とダクト３２とが接続されている構成を例に挙げて説明した。これに限定されず、吸気口９０から蓄電装置２に及ぶ１つダクトに送風機６０が内蔵されるように、冷却構造１０を構成してもよい。

【0054】

（３）上記においては、開口部８１の開口が開口部５１の開口よりも大きい場合を例に挙げて説明した。しかしながら、これに限定されず、開口部８１の開口は、開口部５１の開口よりも小さくてもよい。また、開口部８１の開口と開口部５１の開口とは同じ大きさであってもよい。このような構成であっても、棒状異物２００の振動による異音の大きさを低減できるとともに、棒状異物２００の車室内への飛び出しを抑制することができる。

【0055】

なお、開口部８１の開口が開口部５１の開口よりも小さい場合には、送風機６０が駆動したときには、棒状異物２００は、開口部５１に位置する部分（図７に示した被支持部２１０）を支点とせずに、開口部８１に位置する部分を支点して振動する。

【0056】

（４）上記においては、車両に搭載された蓄電装置を冷却する構成を例に挙げて説明したが、車両以外に設置された蓄電装置を冷却する用途にも用いることができる。このような場合、空気以外の気体を用いて蓄電装置を冷却してもよい。

【0057】

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。本開示の範囲は請求の範囲によって示され、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。

【符号の説明】

【0058】

２ 蓄電装置、３ 収容ケース、４ 蓄電モジュール、５ 蓄電セル、１０ 冷却構造、２０ ドアスカッフ、３１，３２ ダクト、３１ａ 内壁面、４０ 機器ボックス、５０ 異物侵入抑制部材、５１，８１ 開口部、６０ 送風機、６１ モータ、６３ 翼部、７０ 後部座席、８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ 振動抑制部材、８２ 枠体、９０ 吸気口、１００ 流路、２００ 棒状異物、２２０ 先端部、２３０ 後端部、６１１ 回転軸、６３１ 羽。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】