JP4385020B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリを収納するバッテリボックスを車体に搭載し、車両を走行させるモータに前記バッテリから電力を供給する車両用電源装置に関する。
ハイブリッド自動車のモータ・ジェネレータに給電するバッテリを収納するバッテリボックスをリヤシートの後方のトランクルームに配置し、バッテリを冷却する冷却空気を供給・排出する吸気ダクトおよび排気ダクトをバッテリボックス左右一方の側面に接続したものが、下記特許文献１、２により公知である。
特開２００３−３１７８１３号公報 特開２００５−７１７５９号公報
ところで、かかるハイブリッド自動車が側面衝突を受けた場合にバッテリボックスを損傷から保護する必要があるが、バッテリボックスを保護するための特別な補強を施すと車体重量が増加して走行性能を低下させる原因となる問題がある。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、電気自動車やハイブリッド自動車のバッテリボックスを、車体に特別の補強を施すことなく側面衝突の衝撃から保護することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、バッテリを収納するバッテリボックスを車体に搭載し、車両を走行させるモータに前記バッテリから電力を供給する車両用電源装置において、前記バッテリボックスを車体前後方向に延びる左右のサイドフレーム間で左右一方に偏倚して搭載し、前記バッテリボックスの左右他方の端部には、前記バッテリを冷却する冷却空気の吸気ダクトとバッテリ冷却後の空気の排気ダクトとを接続し、前記バッテリボックスの冷却空気出口にファンの吸気通路を接続すると共に、このファンの排気通路と前記排気ダクトの冷却空気入口との間に車両の電装部品を配置して、該ファンの吸入作用により生じた負圧で前記吸気ダクトから前記バッテリボックス内に流入する前記冷却空気により前記バッテリを冷却し、且つ該ファンから出て前記排気ダクトに向かう正圧の前記冷却空気により前記電装部品を冷却することを特徴とする車両用電源装置が提案される。
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記バッテリボックスの左右両端部を左右のサイドフレームに連結したことを特徴とする車両用電源装置が提案される。
尚、実施例のバッテリモジュール２３は本発明のバッテリに対応し、実施例のダウンバータ４６は本発明の電装部品に対応する。
本発明によれば、バッテリを収納するバッテリボックスを車体前後方向に延びる左右のサイドフレーム間で左右一方に偏倚して搭載し、バッテリボックスの左右他方の端部に前記バッテリを冷却する冷却空気の吸気ダクトおよび排気ダクトを接続したので、左右のサイドフレームで側面衝突時の衝撃からバッテリボックスを保護することができるだけでなく、バッテリボックスの容積を最大限に確保しながら吸気ダクトおよび排気ダクトを配置するスペースを確保することができる。
また特にバッテリボックスの冷却空気出口にファンの吸気通路を接続すると共に、このファンの排気通路と排気ダクトの冷却空気入口との間に車両の電装部品を配置して、該ファンの吸入作用により生じた負圧で吸気ダクトからバッテリボックス内に流入する冷却空気によりバッテリを冷却し、且つ該ファンから出て排気ダクトに向かう正圧の冷却空気により前記電装部品を冷却するので、バッテリを冷却する冷却空気を利用して車両の電装部品を冷却することができるだけでなく、排気ダクトの下流端にファンを設ける場合に比べて、ファンが発生する負圧および正圧の絶対値を小さくして冷却空気の流路のシール性を高めることができる。
また特に請求項２の発明によれば、バッテリボックスの左右両端部を左右のサイドフレームに連結したので、バッテリボックスを車体に強固に搭載することが可能になるだけでなく、バッテリボックによって左右のサイドフレームの剛性を高めることができる。
以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した参考例および本発明の実施例に基づいて説明する。
図１〜図１１は参考例を示すもので、図１は自動車の車体後部の斜視図、図２は図１の２方向矢視図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図２の４部拡大図、図５は図４の５−５線断面図、図６は電源システムの分解斜視図、図７はバッテリボックスの分解斜視図、図８はバッテリ支持フレームの斜視図、図９は図２の９方向矢視図、図１０はバッテリカバーの分解斜視図、図１１はバッテリボックスの模式図である。
図１〜図４に示すように、走行用の動力源としてエンジンおよびモータ・ジェネレータを備えたハイブリッド自動車は、車体の左右両側部に車体前後方向に配置された一対のサイドフレーム１１，１１を備えており、リヤシート１２のシートクッション１２ａの前部下面で左右のサイドフレーム１１，１１がクロスメンバ１３により接続される。左右のサイドフレーム１１，１１、クロスメンバ１３およびシートクッション１２ａの下面に囲まれた空間に燃料タンク１４が配置されており、この燃料タンク１４の左端から後上方に延びるフィラーチューブ１５の上端に給油口１６が設けられる。左右のサイドフレーム１１，１１はホイールハウス１７，１７に対応する位置に上方に湾曲する湾曲部１１ａ，１１ａを備えており、その湾曲部１１ａ，１１ａの頂点間に、モータ・ジェネレータの動力源となる電源システムのバッテリボックス１８の左右両端部が接続される。バッテリボックス１８の右側面の前部から車体前方に向けて吸気ダクト１９が接続され、またバッテリボックス１８の右側面の後部から車体後方に向けて排気ダクト２０が接続される。排気ダクト２０の中間部にはファン２１とサイレンサ２２とが設けられる。
図５〜図９から明らかなように、複数のバッテリセルを直列に結合した３６本の棒状のバッテリモジュール２３…を複数のモジュールホルダ２４…で一体に束ねたものが、一対の下部バッテリ支持フレーム２５，２５および一対の上部バッテリ支持フレーム２６，２６で上下から挟持される。中間部がバッテリモジュール２３…の下面を支持すべく下向きに湾曲した一対の下部バッテリ支持フレーム２５，２５の両端は、固定ブラケット２７，２７で一体に結合される。バッテリモジュール２３…の上面を支持すべく上向きに湾曲した一対の上部バッテリ支持フレーム２６，２６は、その左右両端部がボルト２８…で下部バッテリ支持フレーム２５，２５の上面に固定される。
サイドフレーム１１，１１の湾曲部１１ａ，１１ａの上面に、下部バッテリ支持フレーム２５，２５の両端の固定ブラケット２７，２７がボルト２９…で結合される。サイドフレーム１１，１１の湾曲部１１ａ，１１ａはホイールハウス１７，１７に対応する位置に設けられているため、図示せぬサスペンション装置のダンパーの上端が接続されて車輪からの大きな荷重が入力されるが、その部分をクロスメンバとして機能する強固な下部バッテリ支持フレーム２５，２５で接続することで、特別の補強部材を必要とせずに補強して車体の剛性を高めることができる。これにより、バッテリボックス１８を搭載したことによる重量増加に対しても、従来の車体構造を大幅に変更することなく対応することが可能となる。
また重量の大きいバッテリボックス１８をサイドフレーム１１，１１に支持することにより、その支持を強固なものとすることができる。しかも棒状のバッテリモジュール２３…は車体前後方向に配置されており、これらのバッテリモジュール２３…を車体左右方向に延びる下部バッテリ支持フレーム２５，２５および上部バッテリ支持フレーム２６，２６で支持することにより、その支持を容易かつ確実に行うことができる。
下部バッテリ支持フレーム２５，２５および上部バッテリ支持フレーム２６，２６で束ねられた複数本のバッテリモジュール２３…は、発泡性の合成樹脂で形成された下部バッテリカバー３０および上部バッテリカバー３１によって覆われ、更にそれらの上面が下方が開放した金属製のバッテリケース３２で覆われる。下部バッテリ支持フレーム２５，２５の左右両端部は、上部バッテリカバー３１を貫通して外部に延出する。発泡性の合成樹脂よりなる下部バッテリカバー３０および上部バッテリカバー３１を金属製のバッテリケース３２で覆うことにより、それらの下部バッテリカバー３０、上部バッテリカバー３１と内部のバッテリモジュール２３…とを保護することができる。
次に、図１０および図１１に基づいて、下部バッテリカバー３０および上部バッテリカバー３１の構造を説明する。尚、図１１は図１０に対応する模式図である。
下部バッテリカバー３０および上部バッテリカバー３１は、車体左側に位置するバッテリ収納部Ａと、車体右側に位置する冷却空気案内部Ｂとで構成される。バッテリ収納部Ａは矩形状の上壁３３Ｕおよび下壁３３Ｌと、前後方向に延びる一対の第１側壁３４Ｌ，３４Ｒと、左右方向に延びる一対の第２側壁３５ｆ，３５ｒとを備えて上下方向に偏平な直方体状に形成される。
バッテリ収納部Ａにおいて、上壁３３Ｕの下面に左右方向に形成された２本の仕切り壁３３Ｕａ，３３Ｕａと、下壁３３Ｌの上面に左右方向に形成された２本の仕切り壁３３Ｌａ，３３Ｌａとは、下部バッテリ支持フレーム２５，２５および上部バッテリ支持フレーム２６，２６に接しており、これらの仕切り壁３３Ｕａ，３３Ｕａ；３３Ｌａ，３３Ｌａにより後方に位置する２本の第１冷却通路３６，３６と、前方に位置する１本の第２冷却通路３７とが区画される。また左側の第１側壁３４Ｌに沿って前後方向に延びる連結通路３８が形成される。第１冷却通路３６，３６の左端（終端）が連結通路３８の後端（始端）に連通し、連結通路３８の前端（終端）が第２冷却通路３７の左端（始端）に連通することで、第１冷却通路３６，３６、連結通路３８および第２冷却通路３７は全体的にＵ字状に配置される。
上部バッテリカバー３１の冷却空気案内部Ｂには、右側の第１側壁３４Ｒの右側に連なる隔壁３９が水平方向に形成され、その隔壁３９と下部バッテリカバー３０との間に冷却空気導入通路４０が形成される。下部バッテリカバー３０の右端前部には冷却空気導入通路４０に連なる冷却空気導入口４１が形成され、下部バッテリカバー３０の右側の第１側壁３４Ｒの後部に第１冷却通路３６，３６の始端に連なる第１連通口４２が形成される。上部バッテリカバー３１の右側の第１側壁３４Ｒの前部に第２冷却通路３７の終端に連なる第２連通口４３が形成される
上部バッテリカバー３１の隔壁３９とバッテリケース３２との間に冷却空気排出通路４４が形成され、その冷却空気排出通路４４の始端は第２連通口４３に接続され、その終端には上部バッテリカバー３１の隔壁３９とバッテリケース３２とによって冷却空気排出口４５が形成される。上部バッテリカバー３１の隔壁３９の上面に、バッテリモジュール２３…の高電圧を降圧するダウンバータ４６が、冷却空気排出通路４４内に位置するように配置される。
バッテリボックス１８の冷却空気導入口４１に接続された吸気ダクト１９は、リヤシート１２のシートバック１２ｂの右側面からシートクッション１２ａの右側面に沿って配置され、シートクッション１２ａの右側面の前端に右前方を向いて開口する吸入口１９ａは、後部右ドアに隙間を存して対向する。従って、吸気ダクト１９によってリヤシート１２の着座性能が阻害されるのを防止しながら、特に夏期に車室内の適温に空調された空気をバッテリボックス１８に供給することができる。しかも後部右ドアを閉じた状態で、吸気ダクト１９の吸入口１９ａを見えにくくして外観を向上させることができる。また吸気ダクト１９の通路断面積は、その何れの部位でも吸入口１９ａの断面積よりも大きく設定されており、これにより吸気ダクト１９を流れる冷却空気の流通抵抗を最小限に抑えることができる（図６参照）。
リヤシート１２の前方のフロアに、暖房用の空気を吹き出す吹出口４８が設けられる。後方を向いて開口する吹出口４８の延長線上に対して、吸気ダクト１９の吸入口１９ａは上方かつ右方にずれており、これにより吹出口４８から吹出た高温の空気が吸気ダクト１９に直接吸入されないようにし、バッテリモジュール２３…の冷却性能の低下を防止することができる。
バッテリボックス１８の冷却空気排出口４５に連なる排気ダクト２０は、それに設けたファン２１およびサイレンサ２２と共に、トランクルームの内装材４９と車体外板５０との間の空間に配置される（図２参照）。ファン２１を内装材４９で覆ったことで車室内に漏れる騒音を低減することができ、またサイレンサ２２を設けたことで冷却空気の流れに伴う騒音を低減することができる。
次に、上記構成を備えた前記参考例の作用について説明する。
モータ・ジェネレータを駆動することで発熱したバッテリモジュール２３…を冷却すべく排気ダクト２０に設けたファン２１を駆動すると、車室内の空気が吸気ダクト１９の吸入口１９ａからバッテリボックス１８に冷却空気導入口４１に導入される。冷却空気導入口４１に導入された冷却空気は、バッテリボックス１８の冷却空気案内部Ｂの隔壁３９の下方に設けた冷却空気導入通路４０を前から後に流れた後に、バッテリボックス１８のバッテリ収納部Ａの右側の第１側壁３４Ｒに設けた第１連通口４２から２本の第１冷却通路３６，３６に流入する。
後側の第２側壁３５ｒに沿う第１冷却通路３６，３６を右から左に流れた冷却空気は、左側の第１側壁３４Ｌに沿う連結通路３８を後から前に流れ、更に前側の第２側壁３５ｆに沿う第２冷却通路３７を左から右に流れた後に、右側の第１側壁３４Ｒに設けた第２連通口４３から隔壁３９の上方に設けた冷却空気排出通路４４に排出される。
冷却空気が第１冷却通路３６，３６および第２冷却通路３７を流れる間に、そこに配置されたバッテリモジュール２３…を冷却する。このとき、２本設けられた上流側の第１冷却通路３６，３６の冷却空気は比較的に低温であるが、流路断面積が大きいために冷却空気の流速が小さくなり、逆に１本だけ設けられた下流側の第２冷却通路３７の冷却空気は比較的に高温であるが、流路断面積が小さいために冷却空気の流速が大きくなることで、全てのバッテリモジュール２３…を均一に冷却することができる。
またバッテリモジュール２３…を冷却した後の冷却空気が通過する冷却空気排出通路４４にダウンバータ４６を配置したことで、バッテリモジュール２３…を冷却した冷却空気を利用してダウンバータ４６を冷却することができる。そして冷却空気排出口４５から排気ダクト２０に排出された冷却空気は、ファン２１を通過してサイレンサ２２で消音された後に、トランクルームの内装材４９と車体外板５０との間の空間に排出される。
バッテリボックス１８のバッテリ収納部Ａの中心線Ｌ１は車体中心線Ｌ２に対して車体左側にずれており、その結果として車体右側に形成されたスペースに冷却空気案内部Ｂ、吸気ダクト１９および排気ダクト２０を配置したので、リヤシート１２およびトランクルーム間の限られた空間にバッテリボックス１８をコンパクトに配置することができる。しかも燃料タンク１４のフィラーチューブ１５を吸気ダクト１９および排気ダクト２０と反対側である車体左側に配置したので、フィラーチューブ１５が吸気ダクト１９および排気ダクト２０と干渉するのを防止してレイアウトの自由度を高めることができる。
またバッテリボックス１８のバッテリ収納部Ａに隣接して冷却空気案内部Ｂを一体に設け、この冷却空気案内部Ｂの内部で冷却空気導入通路４０および冷却空気排出通路４４を交差させたので、冷却空気案内部Ｂの右側面および後面にそれぞれ冷却空気導入口４１および冷却空気排出口４５を設けることが可能になり、吸気ダクト１９および排気ダクト２０のレイアウトの自由度が向上する。また隔壁３９を挟んで冷却空気導入通路４０および冷却空気排出通路４４を上下に分離したので、冷却空気導入通路４０および冷却空気排出通路４４を無理なく交差させて冷却空気の流通抵抗の増加を最小限に抑えることができる。
尚、参考例では冷却空気案内部Ｂの右側面および後面にそれぞれ冷却空気導入口４１および冷却空気排出口４５を設けているが、吸気ダクト１９および排気ダクト２０のレイアウトの要請に応じて、それらを冷却空気案内部Ｂの任意の位置に設けることができ、これにより吸気ダクト１９および排気ダクト２０の干渉を回避してレイアウトの自由度を高めることができる。
図１２〜図１５は本発明の一実施例を示すもので、図１２は前記図４に対応する図、図１３は図１２の１３−１３線断面図、図１４は前記図１１に対応する図、図１５は冷却空気の流路に沿う圧力変化を示す図である。
前記参考例ではファン２１が排気ダクト２０の下流端に設けられていたが、図１２〜図１４に示すように、本実施例ではファン２１がバッテリボックス１８の下部、上部バッテリカバー３０，３１と排気ダクト２１の上流端のダウンバータ４６との間に設けられる。
バッテリボックス１８の構造は前記参考例よりも単純であり、その下部、上部バッテリカバー３０，３１の右端面に冷却空気導入口４１および連通口４３が形成されるとともに、その内部に１枚の仕切壁３３Ｕａ，３３Ｌａが形成される。前記冷却空気導入口４１に吸気ダクト１９の下流端が接続されるとともに、前記連通口４３に例えばシロッコファンのようなファン２１の吸気通路２１ａが接続され、ファン２１の排気通路２１ｂに臨むようにダウンバータ４６が配置される。下部、上部バッテリカバー３０，３１、ファン２１およびダウンバータ４６は上方からバッテリケース３２で覆われており、バッテリケース３２の右端後面に排気ダクト２０の上流端が接続される。排気ダクト２０の下流端は、トランクルーム５１の床面に設けたタイヤパン５２の前端に連通する。
従って、ファン２１が作動すると車室内の冷却空気が吸気ダクト１９から下部、上部バッテリカバー３０，３１の冷却空気導入口４１に導入され、後側の第１冷却通路３６，３６を右から左に流れた後に、左側の連結通路３８を後から前に流れ、更に前側の第２冷却通路３７を左から右に流れてバッテリモジュール２３…を冷却した後に、連通口４３から吸気通路２１ａを経てファン２１に吸入される。そしてファン２１の排気通路２１ｂを出た冷却空気はダウンバータ４６の下面に突設した冷却フィン４６ａ…に接触して該ダウンバータ４６を冷却した後、排気ダクト２０を介してタイヤパン５２の内部に供給され、そこから一部が車室内に戻されて残部が車外に排出される。
しかして、この実施例によっても、前記参考例と同様の作用効果を達成することができ、それに加えて以下のような更なる作用効果を達成することができる。
即ち、参考例の如くファン２１を排気ダクト２０の下流端に設けると、図１５（Ａ）に示すように、上流側の吸気ダクト１９からバッテリボックス１８、ダウンバータ４６および排気ダクト２０を経てファン２１に至るまでに冷却空気が流れる経路の圧力は大気圧から単調に減少するため、排気ダクト２０の部分で負圧の絶対値が大きくなってシールが困難になる。
それに対し、本実施例では、ダウンバータ４６および排気ダクト２０の上流にファン２１を設けたので、図１５（Ｂ）に示すように、上流側の吸気ダクト１９からバッテリボックス１８を経てファン２１に至るまでの経路で圧力は大気圧から単調に減少し、ファン２１において大気圧よりも高い圧力まで不連続に増加し、ダウンバータ４６および排気ダクト２０を経て大気圧まで減少する。そのため、ファン２１の上流および下流での負圧および正圧の絶対値が小さくなり、冷却空気の流路のシールが容易になる。
また参考例では排気ダクト２０がトランクルームの内装材４９と車体外板５０との間の空間に接続されているので、その排気ダクト２０がトランクルームの容積を減少させる問題があったが、本実施例では排気ダクト２０がトランクルーム５１の床面に形成したタイヤパン５２の前端に接続されるので、排気ダクト２０の長さを最小限に短縮してトランクルーム５１の容積を拡大することができる。
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、実施例ではハイブリッド自動車の電源システムについて説明したが、本発明は電気自動車の電源システムに対しても適用することができる。
また実施例では吸気ダクト１９および排気ダクト２０をバッテリボックス１８の右側に設けているが、それらを左側に設けても良い。
参考例に係る自動車の車体後部の斜視図 図１の２方向矢視図 図２の３−３線断面図 図２の４部拡大図 図４の５−５線断面図 電源システムの分解斜視図 バッテリボックスの分解斜視図 バッテリ支持フレームの斜視図 図２の９方向矢視図 バッテリカバーの分解斜視図 バッテリボックスの模式図 本発明の実施例に係る、前記図４に対応する図 図１２の１３−１３線断面図 前記実施例に係る、前記図１１に対応する図 冷却空気の流路に沿う圧力変化を示す図
１１ サイドフレーム
１４ 燃料タンク
１５ フィラーチューブ
１８ バッテリボックス
１９ 吸気ダクト
２０ 排気ダクト
２１ ファン
２１ａ ファンの吸気通路
２１ｂ ファンの排気通路
２２ サイレンサ
２３ バッテリモジュール（バッテリ）
４６ ダウンバータ（電装部品）
４９ 内装材
５０ 車体外板
５１ トランクルーム
５２ タイヤパン

Claims (2)

  1. バッテリ（２３）を収納するバッテリボックス（１８）を車体に搭載し、車両を走行させるモータに前記バッテリ（２３）から電力を供給する車両用電源装置において、
    前記バッテリボックス（１８）を車体前後方向に延びる左右のサイドフレーム（１１）間で左右一方に偏倚して搭載し、
    前記バッテリボックス（１８）の左右他方の端部には、前記バッテリ（２３）を冷却する冷却空気の吸気ダクト（１９）とバッテリ（２３）冷却後の空気の排気ダクト（２０）とを接続し、
    前記バッテリボックス（１８）の冷却空気出口にファン（２１）の吸気通路（２１ａ）を接続すると共に、このファン（２１）の排気通路（２１ｂ）と前記排気ダクト（２０）の冷却空気入口との間に車両の電装部品（４６）を配置して、該ファン（２１）の吸入作用により生じた負圧で前記吸気ダクト（１９）から前記バッテリボックス（１８）内に流入する前記冷却空気により前記バッテリ（２３）を冷却し、且つ該ファン（２１）から出て前記排気ダクト（２０）に向かう正圧の前記冷却空気により前記電装部品（４６）を冷却することを特徴とする車両用電源装置。
  2. 前記バッテリボックス（１８）の左右両端部を左右のサイドフレーム（１１）に連結したことを特徴とする、請求項１に記載の車両用電源装置。
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