JP4845572B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数本の円筒状のバッテリモジュールを並置方向に沿って平面状に並置したものを積層方向に沿って複数層に積層してバッテリボックスの内部に収納し、前記バッテリボックスの前記並置方向一端側に設けた冷媒供給口から前記並置方向他端側に設けた冷媒排出口へ向かう流れ方向に沿って冷媒を流して前記バッテリモジュールを冷却する車両用電源装置に関する。

複数本の円筒状のバッテリモジュールを平面状に並置したものを複数層に積層してバッテリボックスの内部に収納し、これをリヤシートの後面に支持してハイブリッド車両の電源を構成したものが、下記特許文献１により公知である。バッテリボックスの上下部には冷却空気供給口および冷却空気排出口がそれぞれ設けられており、冷却空気供給口から供給された冷却空気はバッテリボックスの内部を流れてバッテリモジュールを冷却した後、冷却空気排出口から排出されるようになっている。
特開２００３−１５２３７８号公報

ところで、複数本のバッテリモジュールは電気的に直列に接続されているため、そのうちの何れかの冷却が不充分で温度が上昇すると、そのバッテリモジュールの寿命が短くなるだけでなく、複数本のバッテリモジュール全体の性能が低下してしまう問題がある。特に、バッテリボックスに冷却空気供給口および冷却空気排出口を形成する際に、冷却空気排出口が冷却空気供給口に対して冷媒の流れ方向に直交する方向に偏倚していると、冷却空気供給口および冷却空気排出口間で冷却空気が短絡するように流れようとするため、冷却空気供給口および冷却空気排出口から遠い位置に冷却空気が届き難くなってバッテリモジュールの温度が過度に上昇してしまう問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、バッテリボックスの内部で冷媒が流れ難い部分にあるバッテリモジュールの温度が上昇しないように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、複数本の円筒状のバッテリモジュールを並置方向に沿って平面状に並置したものを積層方向に沿って複数層に積層してバッテリボックスの内部に収納し、前記バッテリボックスの前記並置方向一端側に設けた冷媒供給口から前記並置方向他端側に設けた冷媒排出口へ向かう流れ方向に沿って冷媒を流して前記バッテリモジュールを冷却する車両用電源装置であって、前記各層の前記並置方向他端側に位置する前記バッテリモジュールと、それらに対向する前記バッテリボックスの壁面との間に空間が形成され、前記冷媒排出口が前記冷媒供給口に対して前記冷媒の流れ方向に直交する方向に偏倚して前記空間に連通するものにおいて、前記バッテリボックスの内部を前記冷媒の流れ方向に直交する方向に仕切る第１隔壁と、前記バッテリボックスの内部で前記第１隔壁よりも前記偏倚方向に区画された第１冷媒通路と、前記バッテリボックスの内部で前記第１隔壁よりも前記偏倚方向の反対側に区画された第２冷媒通路と、前記空間の内部で前記冷媒排出口から前記第１隔壁の前記冷媒の流れ方向の下流端までを仕切る第２隔壁と、前記冷媒排出口に負圧を発生させて前記冷媒供給口に冷媒を導入する負圧源とを備えた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、前記第１隔壁を、前記バッテリモジュールを前記バッテリボックス内に支持する支持部材で構成した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３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記冷媒供給口の位置を、前記バッテリモジュールの長手方向中央よりも前記偏倚方向の反対側にずらしたことを特徴とする車両用電源装置が提案される。

尚、実施の形態の電動ファン２１は本発明の負圧源に対応し、実施の形態のバッテリホルダ３６〜４０は本発明の支持部材に対応し、実施の形態のバッテリカバー４７の下壁４７ａは本発明のバッテリボックスの壁面に対応し、実施の形態の冷却空気供給口４９は本発明の冷媒供給口に対応し、実施の形態の冷却空気排出口５５は本発明の冷媒排出口に対応し、実施の形態の第１、第２冷却空気通路５６，５７は本発明の第１、第２冷媒通路に対応する。

請求項１の構成によれば、複数本の円筒状のバッテリモジュールを並置方向に沿って平面状に並置したものを積層方向に沿って複数層に積層してバッテリボックスの内部に収納し、バッテリボックスの並置方向一端側に設けた冷媒供給口から並置方向他端側に設けた冷媒排出口へ向かう流れ方向に沿って冷媒を流してバッテリモジュールを冷却する場合に、各層の並置方向他端側に位置するバッテリモジュールと、それらに対向するバッテリボックスの壁面との間に空間が形成され、冷媒排出口が冷媒供給口に対して前冷媒の流れ方向に直交する方向に偏倚して空間に連通していると、冷媒供給口および冷媒排出口間で冷媒が短絡するように流れようとするため、冷媒供給口および冷媒排出口から遠い位置に冷媒が届き難くなってバッテリモジュールの温度が上昇する可能性がある。

そこでバッテリボックスの内部を冷媒の流れ方向に直交する方向に仕切る第１隔壁を設け、バッテリボックスの内部で第１隔壁よりも前記偏倚方向に区画された第１冷媒通路と、第１隔壁よりも前記偏倚方向の反対側に区画された第２冷媒通路とを形成し、空間の内部で第１隔壁の下流端に第２隔壁を介して連なる冷媒排出口に負圧発生源により負圧を発生させて冷媒供給口に冷媒を導入すると、第２冷媒通路に導入された冷媒は冷媒供給口および冷媒排出口間で短絡することなく、冷媒供給口および冷媒排出口から遠い位置を流れ、その流れを冷却され難いバッテリモジュールに効率的に作用させて全てのバッテリモジュールを均一に冷却することができる。

また請求項２の構成によれば、バッテリモジュールをバッテリボックス内に支持する支持部材で第１隔壁を構成したので、バッテリモジュールを支持する特別の支持部材を廃止して部品点数を削減することができる。

また請求項３の構成によれば、冷媒供給口の位置をバッテリモジュールの長手方向中央よりも前記偏倚方向の反対側にずらしたので、冷媒供給口から導入される冷媒が第２冷媒通路に流入し易くなり、冷却され難いバッテリモジュールを更に効率的に冷却することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図７は本発明の実施の形態を示すもので、図１は車両用電源装置の全体斜視図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図３の５−５線断面図、図６は車両用電源装置の分解斜視図、図７は冷却空気が流れる経路を示す模式図である。

図１に示すように、エンジンおよびモータ・ジェネレータを走行用駆動源とするハイブリッド車両のリヤシート１１のシートクッション１２の後端から斜め後方に起立するシートバック１３の後面に、前記モータ・ジェネレータに接続された電源装置１４が配置される。電源装置１４は、バッテリを収納するバッテリボックス１５と、インバータのような電装品１６を収納する電装品ボックス１７と、バッテリボックス１５に冷媒としての冷却空気を導入する冷却空気供給ダクト１８と、バッテリボックス１５から電装品ボックス１７に冷却空気を案内する中間ダクト１９と、電装品ボックス１７から冷却空気を排出する冷却空気排出ダクト２０と、冷却空気排出ダクト２０の下流端に設けられた電動ファン２１とを備える。

次に、図２〜図７に基づいてバッテリボックス１５の構造を説明する。

バッテリボックス１５は、コ字状に形成された一対のバッテリ支持フレーム３１，３１と、井桁状に形成されたバッテリ支持枠３２とを備えており、バッテリ支持フレーム３１，３１の両端を外側に折り返して形成した固定部３１ａ…が、バッテリ支持枠３２に形成したボルト孔３２ａ…を貫通する４本のボルト３３…で一体に結合される。

バッテリボックス１５に収納されるバッテリは、複数個のバッテリセル３４…を直列に接続して円筒状のバッテリモジュール３５を構成し、そのバッテリモジュール３５の６本ないし８本を並置方向に沿って平面状に並置したものを積層方向に沿って４層に積層して構成される。「並置方向」および「積層方向」の定義は図２に示される。５枚に分割された板状のバッテリホルダ３６〜４０がバッテリ支持フレーム３１，３１に固定されており、これらのバッテリホルダ３６〜４０に形成された円形の開口に各バッテリモジュール３５…の一端部および他端部近傍が挟まれるように支持される。図３に示す左右一対のバッテリホルダ３６〜４０，３６〜４０のうち、右側に位置するバッテリホルダ３６〜４０は本発明の第１隔壁５３を構成する。

このようにして一体化された合計２８本のバッテリモジュール３５…の周囲が、発泡スチロールで容器状に形成したバッテリケース４１と、発泡スチロールで板状に形成した蓋体４２とで覆われる。一方のバッテリ支持フレーム３１およびバッテリ支持枠３２に４本のボルト４３…でジャンクションボード４４が固定されており、このジャンクションボード４４で各バッテリモジュール３５…の一端に設けた端子どうしが接続される。そしてバッテリ支持枠３２が８本のボルト４５…でシートクッション１２のシートフレーム４６，４６に固定され、バッテリケース４１の周囲が金属板をプレス成形したバッテリカバー４７で覆われる。

合計２８本のバッテリモジュール３５…は、４層に分かれて積層される。バッテリケース４１の積層方向一端側の底壁４１ａ側から積層方向他端側の蓋体４２側に向けて第１層、第２層、第３層、第４層とすると、第１層は６本のバッテリモジュール３５…で構成され、第２層および第３層はそれぞれ７本のバッテリモジュール３５…で構成され、第４層は８本のバッテリモジュール３５…で構成され、各層のバッテリモジュール３５…は冷却空気が通過し得る隙間を有して千鳥状に配置される（図２参照）。

一対のバッテリ支持フレーム３１，３１に、４枚の断面円弧状の第１導風ガイド４８…が固定される。これらの第１導風ガイド４８…は、各層のバッテリモジュール３５…のうち、冷却空気の流れ方向上流端の４本のバッテリモジュール３５…の上面を覆うように配置されており、隣接する第１導風ガイド４８…間に冷却空気が通過し得るスリットαが形成される。第１導風ガイド４８…の上面に対向するようにバッテリケース４１およびバッテリカバー４７に冷却空気供給口４９が開口しており、この冷却空気供給口４９に冷却空気供給ダクト１８の下流端が接続される。

冷却空気供給ダクト１８の下流端の近傍には、バッテリモジュール３５…の一端側（ジャンクションボード４４側）から他端側に張り出す邪魔板５０（図３参照）が固定される。また一対のバッテリ支持フレーム３１，３１に、１枚の第２導風ガイド５１が固定される。第２導風ガイド５１は、各層のバッテリモジュール３５…のうち、第１層〜第３層における冷却空気の流れ方向下流端の３本のバッテリモジュール３５…の下面を覆うように配置される。第４層における冷却空気の流れ方向下流端のバッテリモジュール３５に対向する位置で第２導風ガイド５１が途切れており、その部分に連通口５２が形成される。更に、第１層の６本のバッテリモジュール３５…に対向するバッテリケース４１の底壁４１ａ（図２参照）は、冷却空気の流れ方向上流側から下流側に向かってバッテリモジュール３５…に近づく方向に傾斜している。

バッテリボックス１５の下部には、Ｌ字状に屈曲した第２隔壁５４が配置される。第２隔壁５４の上下方向に延びる連結部５４ａは、第２導風ガイド５１を挟んで第２隔壁５３と同一平面内に配置され、その連結部５４ａから左右方向に延びる本体部５４ｂはバッテリカバー４７の下壁４７ａと第２導風ガイド５１とに挟まれた空間５８（図２、図３および図７参照）を前後に区画する。

しかして、図３および図７における第１隔壁５３の左側（冷却空気排出口５５側）に第１冷却空気通路５６が区画され、前記第１隔壁５３の右側（冷却空気排出口５５の反対側）に第２冷却空気通路５７が区画される。そして、第１、第２冷却空気通路５６，５７を流れた冷却空気は合流することなく第２隔壁５４で仕切られたまま、図３および図７の左方向に流れて冷却空気排出口５５で合流する。

次に、上記構成を備えた実施の形態の作用を説明する。

車両の運転に伴ってモータ・ジェネレータをモータとして機能させたりジェネレータとして機能させたりすると、バッテリモジュール３５…が充放電されて発熱するため、それらを冷却空気で冷却する必要がある。即ち、電動ファン２１を駆動すると、車室内の冷却空気が吸引されて冷却空気供給ダクト１８、バッテリボックス１５、中間ダクト１９、電装品ボックス１７および冷却空気排出ダクト２０を経て電動ファン２１へと流れ、その際にバッテリボックス１５内のバッテリモジュール３５…と電装品ボックス１７内の電装品１６とが冷却空気で冷却される。

冷却空気供給ダクト１８から冷却空気供給口４９を経てバッテリボックス１５の内部に冷却空気が流入するとき、第１層〜第４層のバッテリモジュール３５…のうち、冷却空気の流れ方向上流端に位置する４個のバッテリモジュール３５…は、低温の冷却空気が強く当たるために過冷却になる虞があるが、その冷却空気を４枚の第１導風ガイド４８…で遮ることにより、前記４個のバッテリモジュール３５…の過冷却を防止することができる。４枚の第１導風ガイド４８…間に形成された隙間αを通過した冷却空気はバッテリボックス１５の内部を連通口５２に向かって流れ、その間に全てのバッテリモジュール３５…に接触して冷却効果を発揮する。

ところで、冷却空気の流れ方向に沿うバッテリモジュール３５…の数は、第１層が６本、第２層および第３層がそれぞれ７本、第４層が８本と異なっているため、最も本数が多い第４層のバッテリモジュール３５…のうち、冷却空気の流れ方向下流側のものの冷却効果が低下する問題がある。第２層および第３層のバッテリモジュール３５…にも、第４層ほどではないが同様の問題が発生する。図２には、最も冷却が困難なバッテリモジュール３５…が網かけして示されており、次いで冷却が困難なバッテリモジュール３５…が斜線を施して示される。

しかしながら本実施の形態では、バッテリボックス１５の冷却空気の流れ方向下流側に形成した第２導風ガイド５１で上記問題を解決することができる。即ち、第２導風ガイド５１を設けたことで連通口５２が第４層側に偏倚するため、第１層に沿って流れた冷却空気が第２導風ガイド５１に案内されて第４層寄りに設けられた連通口５２に向けて斜めに流れることになる。その結果、網かけして示すバッテリモジュール３５…や斜線を施して示すバッテリモジュール３５…により大量の冷却空気を接触させることができ、全てのバッテリモジュール３５…を均等に冷却して電源装置１４の性能や耐久性を向上させることができる。

またバッテリケース４１の底壁４１ａが冷却空気の流れ方向下流側ほど第４層に接近するように傾斜しているため、冷却空気が連通口５２に向けて斜めに流れ易くなり、第２導風ガイド５１の効果を更に高めることができる。

図３および図７において、冷却空気供給ダクト１８から供給された冷却空気はバッテリボックス１５の内部を上から下に流れた後、左向きに９０°向きを変えて中間ダクト１９を右から左に流れるため、流れの偏向方向外側の隅に位置するバッテリモジュール３５…（鎖線の円で囲んだ部分）に冷却空気が当たり難くなって冷却効果が不均一になる問題がある。

冷却空気供給ダクト１８に設けられた邪魔板５０は上記問題が解決するためのものであり、この邪魔板５０によりバッテリボックス１５に流入する冷却空気を中間ダクト１９と反対側（図３および図７における右側）に偏向させることで、前記鎖線の円で囲んだ部分に充分な量の冷却空気を供給して冷却効果を高めることができる。

更に、図３における右側のバッテリホルダ３６〜４０で構成された第１隔壁５３が、その左側の第１冷却空気通路５６（図７参照）および右側の第２冷却空気通路５７（図７参照）を仕切るため、右側の第２冷却空気通路５７に流入した冷却空気は左側（冷却空気排出口５５側）に引かれて偏向することなく、第２冷却空気通路５７の内部を真っ直ぐ下方に流れ、前記鎖線の円で囲んだ部分のバッテリモジュール３５…を更に効果的に冷却することができる。

また第１冷却空気通路５６を通過した冷却空気と、第２冷却空気通路５７を通過した冷却空気とは即座に合流することなく、第１隔壁５３に連なる第２隔壁５４の後部および前部をそれぞれ独立して流れた後に冷却空気出口５５において合流するので、電動ファン２１が発生した負圧を第１冷却空気通路５６および第２冷却空気通路５７に均等に作用させ、充分な量の冷却空気を第２冷却空気通路５７に導入することができる。

以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態のバッテリボックス１５はリヤシート１１のシートバック１３の後面に取り付けられているが、その取付位置は任意である。

第１の実施の形態に係る車両用電源装置の全体斜視図 図１の２−２線断面図 図２の３−３線断面図 図３の４−４線断面図 図３の５−５線断面図 車両用電源装置の分解斜視図 冷却空気が流れる経路を示す模式図

１５ バッテリボックス
２１ 電動ファン（負圧源）
３５ バッテリモジュール
３６〜４０ バッテリホルダ（支持部材）
４７ａ バッテリカバーの下壁（バッテリボックスの壁面）
４９ 冷却空気供給口（冷媒供給口）
５３ 第１隔壁
５４ 第２隔壁
５５ 冷却空気排出口（冷媒排出口）
５６ 第１冷却空気通路（第１冷媒通路）
５７ 第２冷却空気通路（第２冷媒通路）
５８ 空間

Claims (3)

1. 複数本の円筒状のバッテリモジュール（３５）を並置方向に沿って平面状に並置したものを積層方向に沿って複数層に積層してバッテリボックス（１５）の内部に収納し、前記バッテリボックス（１５）の前記並置方向一端側に設けた冷媒供給口（４９）から前記並置方向他端側に設けた冷媒排出口（５５）へ向かう流れ方向に沿って冷媒を流して前記バッテリモジュール（３５）を冷却する車両用電源装置であって、前記各層の前記並置方向他端側に位置する前記バッテリモジュール（３５）と、それらに対向する前記バッテリボックス（１５）の壁面（４７ａ）との間に空間（５８）が形成され、前記冷媒排出口（５５）が前記冷媒供給口（４９）に対して前記冷媒の流れ方向に直交する方向に偏倚して前記空間（５８）に連通するものにおいて、
   前記バッテリボックス（１５）の内部を前記冷媒の流れ方向に直交する方向に仕切る第１隔壁（５３）と、
   前記バッテリボックス（１５）の内部で前記第１隔壁（５３）よりも前記偏倚方向に区画された第１冷媒通路（５６）と、
   前記バッテリボックス（１５）の内部で前記第１隔壁（５３）よりも前記偏倚方向の反対側に区画された第２冷媒通路（５７）と、
   前記空間（５８）の内部で前記冷媒排出口（５５）から前記第１隔壁（５３）の前記冷媒の流れ方向の下流端までを仕切る第２隔壁（５４）と、
   前記冷媒排出口（５５）に負圧を発生させて前記冷媒供給口（４９）に冷媒を導入する負圧源（２１）と、
   を備えたことを特徴とする車両用電源装置。
   
2. 前記第１隔壁（５３）を、前記バッテリモジュール（３５）を前記バッテリボックス（１５）内に支持する支持部材（３６〜４０）で構成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。
3. 前記冷媒供給口（４９）の位置を、前記バッテリモジュール（３５）の長手方向中央よりも前記偏倚方向の反対側にずらしたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の車両用電源装置。

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