JP5822281B2 - 電動車両用バッテリパック - Google Patents

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Description

本発明は、複数のバッテリとそれらを電気的に接続する電気機器とを収納するバッテリケースが、前記バッテリおよび前記電気機器を支持するバッテリトレーと、前記バッテリトレーに結合されて前記バッテリおよび前記電気機器の上方を覆うバッテリカバーとからなり、隣接して配置される前記バッテリおよび前記電気機器の間に遮熱部材が介在する電動車両用バッテリパックに関する。
電気自動車のバッテリを収納するバッテリケースを下側のトレー部材と上側のカバー部材とを結合して構成するとともに、トレー部材の底面に支持した電気部品の周囲を、そのトレー部材の底面から上向きに立ち上がる壁部で囲んだものが、下記特許文献1により公知である。
日本特開2009−87646号公報
しかしながら上記従来のものは、バッテリと電気部品との間を仕切る壁部がトレー部材からカバー部材に向かって上向きに突出しているので、電気部品によって加熱されて上昇した空気が壁部の上端とカバー部材の天井面との間を隙間を通過してバッテリ側に流入し、バッテリの温度を上昇させてしまう可能性がある。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、バッテリケースの内部に収納された電気機器の熱でバッテリの温度が上昇するのを防止することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、複数のバッテリとそれらを電気的に接続する電気機器とを収納するバッテリケースが、前記バッテリおよび前記電気機器を支持するバッテリトレーと、前記バッテリトレーに結合されて前記バッテリおよび前記電気機器の上方を覆うバッテリカバーとからなり、前記バッテリケース内に形成されて冷却空気の通路から遮断された同一のケース内空間において互いに隣接して配置される前記バッテリおよび前記電気機器の間に遮熱部材が介在する電動車両用バッテリパックであって、前記遮熱部材は前記バッテリカバーの内側下面から前記バッテリトレーに向かって下向きに延びることを第1の特徴とする電動車両用バッテリパックが提案される。
また本発明によれば、前記第1の特徴に加えて、前記バッテリケースの内部に導入される冷却空気が前記バッテリカバーの外側上面に沿って流れ、前記遮熱部材は、前記バッテリカバーの内側下面から前記バッテリトレーに向かって相互に平行に延びる2枚の縦壁と、前記2枚の縦壁間を接続する複数の第1リブとで構成されることを第2の特徴とする電動車両用バッテリパックが提案される。
また本発明によれば、前記第1または第2の特徴に加えて、前記バッテリケースの内部に導入される冷却空気が前記バッテリカバーの外側上面に沿って流れ、前記バッテリケースの外側上面には前記遮熱部材の上方に位置する溝状の凹部が形成され、前記凹部は、その中央部に設けられた単一の第2リブから両端部に向かって下向きに傾斜することを第3の特徴とする電動車両用バッテリパックが提案される。
また本発明によれば、前記第3の特徴に加えて、前記凹部よりも冷却空気の流れ方向下流側には前記バッテリケースの内部に冷却空気を導入する冷却空気吸入口が設けられ、前記凹部は冷却空気の流れ方向と交差する方向に向かって下向きに傾斜することを第4の特徴とする電動車両用バッテリパックが提案される。
また本発明によれば、前記第4の特徴に加えて、前記冷却空気吸入口と前記凹部との間には該凹部よりも上方に突出する凸部が形成されることを第5の特徴とする電動車両用バッテリパックが提案される。
また本発明によれば、前記第1〜第5の何れか1つの特徴に加えて、前記バッテリカバーおよび前記遮熱部材は合成樹脂で一体成形されることを第6の特徴とする電動車両用バッテリパックが提案される。
尚、実施の形態のジャンクションボード28は本発明の電気機器に対応し、実施の形態の第2凸部39cは本発明の凸部に対応し、実施の形態のバッテリモジュール42は本発明のバッテリに対応し、実施の形態の上流、下流側冷却通路45A,45Bおよび内部通路45Cは本発明の通路に対応する。
本発明の第1の特徴によれば、複数のバッテリとそれらを電気的に接続する電気機器とを収納するバッテリケースを、バッテリおよび電気機器を支持するバッテリトレーと、バッテリトレーに結合されてバッテリおよび電気機器の上方を覆うバッテリカバーとで構成する。前記バッテリケース内に形成されて冷却空気の通路から遮断された同一のケース内空間において互いに隣接して配置されるバッテリおよび電気機器の間に介在する遮熱部材が、バッテリカバーの内側下面からバッテリトレーに向かって下向きに延びるので、高温になる電気機器によって加熱されてバッテリカバーの内部を上昇した空気が、バッテリカバーの内側下面からバッテリトレーに向かって下向きに延びる遮熱部材によって効果的に遮られ、前記加熱された空気がバッテリに接触して温度上昇させるのを防止することができる。
また本発明の第2の特徴によれば、バッテリカバーの内側下面からバッテリトレーに向かって相互に平行に延びる2枚の縦壁と、2枚の縦壁間を接続する複数の第1リブとで遮熱部材を構成したので、遮熱部材によってバッテリカバーの剛性を効率的に高めながら、バッテリカバーの外側上面に沿って流れる冷却空気に含まれる水が溜まるのを防止することができる。
また本発明の第3の特徴によれば、バッテリケースの外側上面に遮熱部材の上方に位置する溝状の凹部を形成し、その凹部を中央部に設けた単一の第2リブから両端部に向かって下向きに傾斜させたので、バッテリケースの内部に導入される冷却空気がバッテリカバーの外側上面に沿って流れても、凹部に溜まった水は重力によって速やかに排出されるため、その水が冷却空気と共に冷却空気吸入口に吸い込まれるのを防止することができる。
また本発明の第4の特徴によれば、凹部よりも冷却空気の流れ方向下流側に冷却空気吸入口が設けられるので、凹部に溜まった水が冷却空気に押し流されて冷却空気吸入口からバッテリケースの内部に吸い込まれる可能性があるが、凹部は冷却空気の流れ方向と交差する方向に向かって下向きに傾斜するので、凹部の水が冷却空気に押し流されるのを防止して凹部から速やかに排出することができる。
また本発明の第5の特徴によれば、冷却空気吸入口と凹部との間に、凹部よりも上方に突出する凸部を形成したので、凹部に溜まった水が冷却空気に押し流されて冷却空気吸入口からバッテリケースの内部に吸い込まれるのを、凸部によって遮ることで確実に防止することができる。
また本発明の第6の特徴によれば、バッテリカバーおよび遮熱部材を合成樹脂で一体成形したので、バッテリカバーおよび遮熱部材の熱膨張率が同じになり、熱膨張率の差によってバッテリケースや遮熱部材が変形したり、バッテリケースから遮熱部材が脱落したりするのを防止することができる。
図1は電気自動車の側面図である。(第1の実施の形態) 図2はバッテリパックの斜視図である。(第1の実施の形態) 図3は図1の3方向矢視図である。(第1の実施の形態) 図4は図3の4−4線断面図である。(第1の実施の形態) 図5は図4の5−5線断面図である。(第1の実施の形態)
24 バッテリケース
28 ジャンクションボード(電気機器)
38 バッテリトレー
39 バッテリカバー
39b 凹部
39c 第2凸部(凸部)
39d 第2リブ
39e 縦壁
39f 第1リブ
39g 遮熱部材
42 バッテリモジュール(バッテリ)
45A 上流側冷却通路(通路)
45B 下流側冷却通路(通路)
45C 内部通路(通路)
48a 冷却空気吸入口
以下、図1〜図5に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
第1の実施の形態
図1〜図3に示すように、電気自動車の車体フレーム11は、車体前後方向に延びる左右一対のフロアフレーム12,12と、フロアフレーム12,12の前端から上方に屈曲しながら前方に延びる左右一対のフロントサイドフレーム13,13と、フロアフレーム12,12の後端から上方に屈曲しながら後方に延びる左右一対のリヤサイドフレーム14,14と、フロアフレーム12,12の車幅方向外側に配置された左右一対のサイドシル15,15と、サイドシル15,15の前端をフロアフレーム12,12の前端に接続する左右一対のフロントアウトリガー16,16と、サイドシル15,15の後端をフロアフレーム12,12の後端に接続する左右一対のリヤアウトリガー17,17と、左右一対のフロントサイドフレーム13,13の前端部間を車幅方向に接続するフロントバンパービーム18と、左右一対のフロアフレーム12,12の前端部間を車幅方向に接続するフロントクロスメンバ19と、左右一対のフロアフレーム12,12の前後方向中間部間を車幅方向に接続するミドルクロスメンバ20と、左右一対のリヤサイドフレーム14,14の前後方向中間部間を車幅方向に接続するリヤクロスメンバ21と、左右一対のリヤサイドフレーム14,14の後端部間を車幅方向に接続するリヤバンパービーム22とを備える。
電気自動車の走行用駆動源であるモータ・ジェネレータ23の電源となるバッテリパック31は車体フレーム11の下面側から吊り下げ支持される。即ち、バッテリパック31の下面には車幅方向に延びるフロント吊り下げビーム32、ミドル吊り下げビーム33およびリヤ吊り下げビーム34が固定されており、フロント吊り下げビーム32の両端が左右一対のフロアフレーム12,12の前部に固定され、ミドル吊り下げビーム33の両端が左右一対のフロアフレーム12,12の後部に固定され、リヤ吊り下げビーム34の両端が左右一対のリヤサイドフレーム14,14の前部から垂下する支持部材35,35の下端に固定される。またバッテリパック31の前端の車幅方向中央部が前部ブラケット36を介してフロントクロスメンバ19に支持されるとともに、バッテリパック31の後端の車幅方向中央部が後部ブラケット37を介してリヤクロスメンバ21に支持される。更に、バッテリパック31は、フロント吊り下げビーム32およびミドル吊り下げビーム33の中間位置において、ミドルクロスメンバ20の下面に支持される。
バッテリパック31を車体フレーム11に支持した状態で、バッテリパック31の上面は、車室25の下部にフロアパネル26を介して対向する。即ち、本実施の形態のバッテリパック31は、車室25の外部に配置される。
図2〜図4に示すように、バッテリパック31は、金属製のバッテリトレー38と、バッテリトレー38に上方から重ね合わされた合成樹脂製のバッテリカバー39とを備える。バッテリトレー38の周縁部とバッテリカバー39の周縁部とは、シール部材40(図2参照)を挟んで多数のボルト41…で締結されており、従ってバッテリパック31の内部は基本的に密閉された空間となる。バッテリトレー38の上面には、複数のバッテリセルを直列に積層したバッテリモジュール42…が複数個搭載される。バッテリトレー38およびバッテリカバー39は、本発明のバッテリケース24を構成する。
バッテリトレー38は、アッパープレート43とロアプレート44とを結合したもので(図4参照)、それらの間に冷却空気が流れる冷却通路が形成されており、アッパープレート43の上面に接触するバッテリモジュール42…との間で熱交換を行い、充放電により発熱するバッテリモジュール42…を冷却する。バッテリトレー38の冷却通路は、バッテリトレー38の車幅方向中央部を後から前に延びる上流側冷却通路45Aと、上流側冷却通路45Aの前端から左右に分岐して前から後に延びる左右一対の下流側冷却通路45B,45Bとで構成される(図2参照)。
バッテリパック31の後部に設けられた冷却装置46は、車幅方向中央部に配置された吸入ダクト48と、吸入ダクト48の車幅方向両側に配置された左右一対の排出ダクト49,49とを備える。吸入ダクト48の下端はバッテリトレー38の上流側冷却通路45Aの上流端(後端)に接続され、左右の排出ダクト49,49の下端はバッテリトレー38の左右の下流側冷却通路45B,45Bの下流端(後端)に接続される。吸入ダクト48の上部前面には、その内部にバッテリパック31の外部の空気を冷却空気として吸入するための冷却空気吸入口48aが前向きに開口する。また排出ダクト49,49の内部にはそれぞれ電動の冷却ファン47,47が収納されており、熱交換後の冷却空気を排出するための冷却空気排出口49a,49aが、各冷却ファン47,47の外周に臨むように形成される。左右の冷却空気排出口49a,49aは、後向きかつ車幅方向外向きに開口する(図2および図3の矢印A参照)。
従って、冷却ファン47,47を駆動すると、吸入ダクト48の冷却空気吸入口48aから吸入された冷却空気はバッテリトレー38の内部に供給され、バッテリトレー38の内部の上流側冷却通路45Aおよび下流側冷却通路45B,45Bを流れる間にバッテリモジュール42…との間で熱交換を行った後、排出ダクト49,49の冷却ファン47,47を通過して冷却空気排出口49a,49aから排出される。
図3〜図5に示すように、冷却装置46の吸入ダクト48は、バッテリカバー39の後部から上向きに突出する第2凸部39c(図4参照)の後方に設けられるもので、バッテリカバー39の上面に固定されるロア部材52と、ロア部材52の上端開口部を覆うように結合されるアッパー部材53とを備えており、アッパー部材53の前面に冷却空気吸入口48aが前向きに開口する。冷却空気吸入口48aから吸入された冷却空気は、アッパー部材53の内部の上流側吸入通路54およびロア部材52の内部の下流側吸入通路55を経て、バッテリトレー38の上流側冷却通路45Aに供給される。
冷却装置46の排出ダクト49,49は、バッテリトレー38の左右の下流側冷却通路45B,45Bの下流端から上向きに立ち上がる上流側排出通路56,56と、上流側排出通路56,56の上端から車幅方向内側に連なる下流側排出通路57,57とを備えており、下流側排出通路57,57の直下に冷却ファン47,47が配置される。冷却ファン47,47の外周を渦巻き形のファンケーシング58,58が取り囲んでおり、その外端に冷却空気排出口49a,49aが開口する。
バッテリカバー39の後部の外面(上面)には、前から後に第1凸部39a、凹部39bおよび第2凸部39cが順番に形成される。第1凸部39aの内部には、他のバッテリモジュール42…よりも一段高い位置に2個のバッテリモジュール42,42が車幅方向に並置される。前記2個のバッテリモジュール42,42を支持するバッテリ支持部材27は中空に形成されており、その内部に形成された内部通路45Cを冷却空気が流通する。第2凸部39cの内部には、コンタクタやヒューズのような発熱する電気部品を支持するジャンクションボード28が収納される。従って、2個のバッテリモジュール42,42およびジャンクションボード28は、バッテリケース24内に形成されて冷却空気の上流、下流側冷却通路45A,45B,45Bおよびバッテリ支持部材27の内部通路45Cから遮断された同一のケース内空間において互いに隣接して配置される。
第1、第2凸部39a,39cの間に位置する凹部39bは、車幅方向に沿って溝状に延びており、その車幅方向中央部に単一の第2リブ39dが前後方向に形成される。凹部39bは第2リブ39dの位置で最も高く、そこから車幅方向外側に向かって階段状に低くなるように傾斜している。
バッテリカバー39の凹部39bの下方に位置する内面(下面)には、車幅方向に延びる2枚の平行な縦壁39e,39eが下向き(バッテリトレー38の方向)に突設されており、2枚の縦壁39e,39eは車幅方向に離間して前後方向に延びる複数枚(実施の形態では5枚)の第1リブ39f…で接続される。従って、凹部39bの下方には、バッテリカバー39の天井面、2枚の縦壁39e,39eおよび5枚の第1リブ39f…により、下方にのみ開放する6個の空間が区画される。縦壁39e,39eおよび第1リブ39f…は遮熱部材39gを構成する。
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
バッテリパック31のバッテリケース24内に収納したバッテリモジュール42…は充放電により発熱するため、冷却装置46によりバッテリトレー38の内部に供給される冷却空気で冷却される。即ち、冷却ファン47,47を駆動すると、バッテリケース24の上面およびフロアパネル26の下面間の空気が冷却空気として吸入ダクト48の冷却空気吸入口48aから吸入され、吸入ダクト48の上流側吸入通路54および下流側吸入通路55を経てバッテリトレー38の内部に供給される。
図2に示すように、バッテリトレー38の内部に供給された冷却空気は、バッテリトレー38の車幅方向中央部に設けた上流側冷却通路45Aを後から前に流れ、上流側冷却通路45Aの前端から左右に分岐して左右一対の下流側冷却通路45B,45Bを前から後に流れる間に、バッテリトレー38のアッパープレート43とバッテリモジュール42…の底面との間で熱交換を行うことで、バッテリモジュール42…を冷却する。左右の下流側冷却通路45B,45Bの後端から排出ダクト49,49に流入した冷却空気は、上流側排出通路56,56、下流側排出通路57,57、冷却ファン47,47を通過し、ファンケーシング58,58の冷却空気排出口49a,49aから排出される。
またバッテリパック31を車室25の下方に搭載し、吸入ダクト48および排出ダクト49,49をバッテリケース24および車室25間に挟まれる位置に配置したので、吸入ダクト48の冷却空気吸入口48aおよび排出ダクト49,49の冷却空気排出口49a,49aをバッテリパック31の比較的に高い位置に形成するとともに、冷却空気吸入口48aおよび冷却空気排出口49a,49aをフロアパネル26およびバッテリケース24で上下から覆い、上方から落下する埃や水、あるいは路面や車輪から撥ね上げられた埃や水が冷却空気吸入口48aおよび冷却空気排出口49a,49aから侵入し難くすることができる。
バッテリケース24およびフロアパネル26間を流れる冷却空気に含まれる微量の水がバッテリカバー39の外側上面に付着すると、高い位置にある第1、第2凸部39a,39cに付着した水が低い位置にある凹部39bに流入し、凹部39bの上端に位置する第2リブ39dから凹部39b内を車幅方向両側に流れて排出される。このとき、冷却空気はバッテリカバー39の上面に沿って冷却空気吸入口48aに向けて後方に流れるが、凹部39bは上記冷却空気の流れ方向に直交する方向に延びるため、凹部39b内の水が冷却空気に押し流されて冷却空気吸入口48aに吸い込まれることもない。しかも凹部39bと冷却空気吸入口48aとの間には第2凸部39cが隆起しているため、水が冷却空気に押し流されて冷却空気吸入口48aに吸い込まれることが一層確実に防止される。
ところで、バッテリカバー39の第2凸部39c内に収納したジャンクションボード28が発熱して周囲の空気が加熱されると、膨張して軽くなった高温の空気が第2凸部39c内を上昇するが、高温の空気は遮熱部材39gに遮られて第1凸部39a内に流入することがなく、第1凸部39a内に収納した2個のバッテリモジュール42,42が温度上昇して劣化するのを防止することができる。仮に、遮熱部材39gがバッテリトレー38側からバッテリカバー39側に上向きに延び、遮熱部材39gの上端とバッテリカバー39の天井面との間に隙間が存在すると、高温の空気が第2凸部39cの内部から第1凸部39aの内部に流入してバッテリモジュール42,42を温度上昇させてしまう。
またバッテリカバー39の遮熱部材39gを廃止して凹部39bを遮熱部材39gの下端位置まで深くしても、上述した遮熱効果を達成することができる。ところが凹部39bを深くするとバッテリカバー39の剛性が凹部39bの部分で極端に低下する問題があるため、その凹部39bの内部に複数のリブを形成して剛性を高める必要がある。しかしながら、そのように構成すると、凹部39bのリブとリブとの間に水が溜まって排出されなくなる問題が発生する。
それに対し、本実施の形態によれば、凹部39bを浅くしてバッテリカバー39の剛性を確保しながら、凹部39bから独立した遮熱部材39gで第1、第2凸部39a,39cの上部間の連通を確実に遮断することができるだけでなく、遮熱部材39gを設けたことでバッテリカバー39の剛性を高めることができる。しかもバッテリカバー39の内側下面、縦壁39e,39eおよび第1リブ39f…に囲まれた空間は下向きに開放するので、その空間に水が溜まるのを防止することができる。
また遮熱部材39gは合成樹脂製のバッテリカバー39と一体成形されているため、バッテリカバー39および遮熱部材39gの熱膨張率が同じになり、熱膨張率の差によってバッテリカバー39や遮熱部材39gが変形したり、バッテリカバー39から遮熱部材39gが脱落したりするのを防止することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、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、本発明の電気機器は実施の形態のジャンクションボード28に限定されるものではない。
また実施の形態では遮熱部材39gをバッテリカバー39と一体に形成しているが、遮熱部材39gを別部材で構成してバッテリカバー39に固定しても良い。

Claims (6)

  1. 複数のバッテリ(42)とそれらを電気的に接続する電気機器(28)とを収納するバッテリケース(24)が、前記バッテリ(42)および前記電気機器(28)を支持するバッテリトレー(38)と、前記バッテリトレー(38)に結合されて前記バッテリ(42)および前記電気機器(28)の上方を覆うバッテリカバー(39)とからなり、前記バッテリケース(24)内に形成されて冷却空気の通路(45A,45B,45C)から遮断された同一のケース内空間において互いに隣接して配置される前記バッテリ(42)および前記電気機器(28)の間に遮熱部材(39g)が介在する電動車両用バッテリパックであって、
    前記遮熱部材(39g)は前記バッテリカバー(39)の内側下面から前記バッテリトレー(38)に向かって下向きに延びることを特徴とする電動車両用バッテリパック。
  2. 前記バッテリケース(24)の内部に導入される冷却空気が前記バッテリカバー(39)の外側上面に沿って流れ、前記遮熱部材(39g)は、前記バッテリカバー(39)の内側下面から前記バッテリトレー(38)に向かって相互に平行に延びる2枚の縦壁(39e)と、前記2枚の縦壁(39e)間を接続する複数の第1リブ(39f)とで構成されることを特徴とする、請求項1に記載の電動車両用バッテリパック。
  3. 前記バッテリケース(24)の内部に導入される冷却空気が前記バッテリカバー(39)の外側上面に沿って流れ、前記バッテリケース(24)の外側上面には前記遮熱部材(39g)の上方に位置する溝状の凹部(39b)が形成され、前記凹部(39b)は、その中央部に設けられた単一の第2リブ(39d)から両端部に向かって下向きに傾斜することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の電動車両用バッテリパック。
  4. 前記凹部(39b)よりも冷却空気の流れ方向下流側には前記バッテリケース(24)の内部に冷却空気を導入する冷却空気吸入口(48a)が設けられ、前記凹部(39b)は冷却空気の流れ方向と交差する方向に向かって下向きに傾斜することを特徴とする、請求項3に記載の電動車両用バッテリパック。
  5. 前記冷却空気吸入口(48a)と前記凹部(39b)との間には該凹部(39b)よりも上方に突出する凸部(39c)が形成されることを特徴とする、請求項4に記載の電動車両用バッテリパック。
  6. 前記バッテリカバー(39)および前記遮熱部材(39g)は合成樹脂で一体成形されることを特徴とする、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の電動車両用バッテリパック。
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