CN100581864C - 用于二次电池的冷却结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于二次电池的冷却结构，其中在驾驶员座椅与副驾驶座椅之间的地板(10)上布置第一中心排出管(91)以及第二中心排出管(101)，由此排出管(91，101)布置在第一电池组(40)的最底面与车辆地板(10)之间以形成隔热层。即使在电池组布置在驾驶员座椅与副驾驶座椅之间的情况下，该构造使得冷却结构能够不会受到来自布置在地板表面下方的排气管的影响。

Description

用于二次电池的冷却结构
技术领域
本发明涉及用于装载在电动车辆等中的二次电池的冷却结构。
背景技术
近年来，采用电动机作为驱动源的电动车辆以及所谓的混合动力车辆(基于作为驱动源的电动机及其他驱动源(例如内燃机或燃料电池等)的组合)被投入实际应用。在上述车辆中，装载有向电动机供应用作能量的电流的电池。例如可采用可重复充电并放电的二次电池(包括镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池等)作为上述电池。
二次电池由其中堆叠有电池单元的电池模组构成。电池模组以存储在电池箱内的状态被装载在车辆中。将上述电池箱、电池模组以及其他存储在电池箱内的内部组件称为电池组。将诸如风扇及导管等冷却设备附装至电池组以将冷却气流引入内部以控制存储在其中的电池模组的温度。
在过去数年期间，存在对更大容量的二次电池的需求。为了满足该需求，对于大尺寸车辆(作为可装载二次电池的位置的示例)，电池组一种可行的布置是位于中央控制台内部，该中央控制台位于驾驶员座椅与前排乘客座椅之间。在混合动力车辆等车辆中，作为驱动源的电动机被结合在位于车辆前侧的发动机室内。必须通过电线将电能从电池组供应至该电动机。着眼于需要使高电压及高电流强度的电流通过，必须避免较长的电线。着眼于使电线的长度较短，由于位置接近发动机室，故设置于中央控制台是有利的。此外，通过在驾驶员座椅与前排乘客座椅之间布置电池组，可以有效地为客舱提供较大空间。因此，如上所述，可以构思出将驾驶员座椅与前排乘客座椅之间的中央控制台作为合适的位置来设置电池组。
着眼于位于驾驶员座椅与前排乘客座椅之间的中央控制台中的有限空间，必须将电池组、冷却设备以及其他周边设备布置在驾驶员座椅与前排乘客座椅之间及附近且不劣化车辆内部舒适环境。此外，必须考虑外部温度对电池组的作用。此外，必须考虑将电池组、冷却设备以及其他周边设备组装进入中央控制台的可行性。
日本专利早期公开号2004-237803揭示了一种结构，其中电池组布置在座椅下方，而随后在车辆宽度方向上强加用于冷却电池组的气流。但是，当需要将大容量电池装载在车辆上时存在问题。因为空间不足，故不能将较大的电池组布置在座椅下方。此外，如果仅从(车辆中的)一个位置输出随后用于冷却工作的冷却空气，则用于冷却电池组的大量空气会导致乘客不适，从而导致车内环境的劣化。
日本专利早期公开号2001-105893揭示了一种将电池组装载在驾驶员座椅与前排乘客座椅之间的结构(见图5)。但是，该公开文献并未提及布置冷却设备以冷却电池组及其他周边设备的具体结构。
日本专利早期公开号2004-296217(于0011段)揭示了两组电池组，每个电池组均设置有冷却风扇。各个电池组处的冷却风的流通阻力设计成使得在各个电池组中的冷却风的流量大致相同。但是，该公开文献并未提及因随后用于冷却的气流会劣化车内环境的问题。
日本专利早期公开号2004-268779揭示了一种布置在前座椅下方并横穿过前座椅的电池组。但是，因为前座椅下方的区域很容易受到来自排气管(位于车辆地板下方)的热量的影响，故存在电池组输出会受到不利影响的可能性。
日本专利早期公开号2002-219949揭示了一种从电池组下方抽吸冷却空气以向上导引冷却气流的冷却结构。该公开文献教导电池组装载于车辆后方的行李箱中，且完全未提及将电池组装载在客舱内的方法。
日本专利早期公开号2004-268779以及2004-255892揭示了一种布置在中央控制台中的逆变器。难以确保使束线通过的空间，该束线用于在位于前座椅下方的电池组与逆变器之间的电连接。存在组装各个设备的可行性劣化的可能性。
发明内容
本发明要解决的问题是在电池组布置在驾驶员座椅与前排乘客座椅之间的情况下，可能受到来自布置在车辆地板下方的排气管的影响。因此，本发明的目的在于提供一种用于二次电池的冷却结构，其包括即使在电池组布置在驾驶员座椅与前排乘客座椅之间的情况下，也不会受到来自布置在车辆地板下方的排气管的影响的结构。
根据本发明，用于二次电池的冷却结构适于通过从车辆座舱抽吸冷却空气来冷却电池组中的二次电池，并适于经过排出管将空气排入车辆座舱。电池组布置在驾驶员座椅与前排乘客座椅之间。排出管从电池组的前侧引出，朝向地板一侧下降并在驾驶员座椅与前排乘客座椅之间朝向后侧延伸，并在电池组的最底面与车辆的地板之间行进。
根据本发明的用于二次电池的冷却结构，在电池组的最底面与车辆的地板之间设置排出管能够使得排出管构成隔热层。因此，可以阻止热量从位于地板下方的排气管传递到电池组。因此，可以稳定电池组的电能供应。
附图说明
图1是根据本发明的实施例，车辆客舱内的外观的部分立体图。
图2是根据本发明的实施例，移除了前座椅及中央控制台的车辆客舱内的部分立体图。
图3是根据本发明的实施例，分出电池组、多叶片式风扇及排出管的立体图。
图4是沿图3中箭头A的方向所取的视图。
图5是根据本发明的实施例，沿车辆的纵向方向所取的中央控制台的内部的竖直剖视图。
图6是根据本发明的实施例，第一冷却风扇附装结构的部分放大剖视图。
图7是根据本发明的实施例，沿车辆的横向方向所取的中央控制台的内部的竖直剖视图。
图8是平面图，示意性地示出了车辆中心位置、电池组中心位置以及驾驶员座椅之间的位置关系。
具体实施方式
以下将参考附图描述根据本发明装载在车辆内的电池组的实施例。在各个附图中，车辆的前侧、后侧、驾驶员座椅侧以及前排乘客座椅侧分别由“前侧”、“后侧”、“D侧”及“P侧”来表示。首先，将参考图1及图2来描述车辆客舱内的示意性结构。图1是车辆客舱内的外观的部分立体图，而图2是前座椅及中央控制台移除后车辆客舱内的部分立体图。
(车辆客舱)
参考图1，除了驾驶员座椅11及设置为前座椅的前排乘客座椅12，车辆的客舱1还包括位于车辆前侧区域的仪表板31。驾驶员座椅11及前排乘客座椅12通过座椅腿210及220被固定至车辆的地板10。通常，这些座椅腿210及220被未示出的脚垫遮盖。在车辆的纵向方向延伸的中央控制台21被布置在驾驶员座椅11与前排乘客座椅12之间。中央控制台21的下端区域的后侧具有空气引入缝22，以将空气从客舱抽吸进入中央控制台21作为冷却用空气。
参考图2，在中央控制台21中设置有电池组，该电池组包括第一电池组40及布置在第一电池组40上方的第二电池组50。接线箱60布置在第二电池组50上方。
第一冷却风扇70被附装于第一电池组40的前侧。第一冷却风扇70连接至朝向驾驶员座椅侧延伸的第一排出管90。第二冷却风扇80附装至第二电池组50的前侧。第二冷却风扇80连接至朝向前排乘客座椅延伸的第二排出管100。
驾驶员座椅11安装在大致呈向上凸起结构的座椅腿210，210(在车辆的纵向方向上延伸)上。驾驶员座椅11被支撑以在前后方向上移动。设置有一对座椅腿210，并且该座椅腿120在横向方向上以预定间隔布置。每个座椅腿210均由一个导轨211及两个半圆弧形腿212构成。类似于驾驶员座椅11，前排乘客座椅12安装在大致呈向上凸起结构的座椅腿220，220(在车辆的纵向方向上延伸)上。前排乘客座椅12被支撑以在前后方向上移动。类似于座椅腿210，每个座椅腿220均由一个导轨221及两个半圆弧形腿222构成。
将上述第一排出管90布置成横穿过由座椅腿210及地板10界定的空间A1。将第二排出管100布置成横穿过由座椅腿220及地板10界定的空间A1。作为待冷却目标设备的DCDC转换器110被安装在位于驾驶员座椅11一侧的第一排出管90上。音响设备120被安装在位于前排乘客座椅12一侧的第二排出管100上。
(冷却设备的详细结构)
在上述结构中，第一冷却风扇70及第一排出管90构成用于第一电池组40的冷却设备。第二冷却风扇80及第二排出管100构成用于第二电池组50的冷却设备。将参考图3-图7来描述这些冷却设备的详细结构。图3是分出电池组、多叶片式风扇及排出管的立体图。图4是由图3中的箭头A的方向所取的视图。图5是沿车辆的纵向方向所取的中央控制台的内部的竖直剖视图。图6是第一冷却风扇70的附装结构的部分放大剖视图。
如图3-图5所示，用于第一冷却风扇70的空气入口73连接至设置于第一电池组40(位于车辆的前侧)的下端侧处的空气出口54。第一排出管90连接至用于第一冷却风扇70的空气出口74。第一排出管90包括在驾驶员座椅11与前排乘客座椅12之间朝向车辆的后侧延伸的第一中心排出管91，以及始于第一中心排出管91在驾驶员座椅11下方延伸的第一座椅下方排出管92。第一座椅下方排出管92的排出口连接至布置在驾驶员座椅11下方或布置在驾驶员座椅11一侧的车门下方的排出管。
用于第二冷却风扇80的空气入口83连接至设置于第二电池组50(位于车辆的前侧)的下端侧处的空气出口44。第二排出管100连接至用于第二冷却风扇80的空气出口84。第二排出管100包括向下朝向地板10然后朝向后侧在驾驶员座椅11与前排乘客座椅12之间延伸的第二中心排出管101，以及始于第二中心排出管101在前排乘客座椅12下方延伸的第二座椅下方排出管102。第二座椅下方排出管102的排出口连接至布置在前排乘客座椅12下方或布置在前排乘客座椅12一侧的车门下方的排出管。因此，始于电池组的排出管被分别布置在驾驶员座椅11下方及前排乘客座椅12下方。因此，可以将从第一电池组40及第二电池组50输出的排出冷却空气分为两个方向以输出进入客舱。因此，可以减小从第一座椅下方排出管92及第二座椅下方排出管102输出的脚部周围的气流以避免因局部气流增大导致的不适，并防止客舱环境劣化。
(风扇的附装结构)
采用容纳在腔室72中的多叶片式风扇71作为第一冷却风扇70。采用容纳在腔室82中的多叶片式风扇81作为第二冷却风扇80。第一冷却风扇70及第二冷却风扇80具有相同的性能。多叶片式风扇是一种鼓风机，其在始于旋转风扇的中心的转轴方向上抽吸空气，并在与转轴交叉的方向上排出空气。
因为在高度上没有尺寸余量，故如果以与位于上侧的第二冷却风扇80类似的方式来附装位于下侧的设置用于第一电池组40的第一冷却风扇70，则必须将排出管极度地弯成U形以朝向后部行进。但是，着眼于气流阻力(即，压力损失)，将排出管折弯成U形是不可取的。在这种情况下，在本实施例中，用于位于下侧的第一冷却风扇70的空气入口73被布置在上侧，而空气出口74被布置在下侧。此外，如图6所示，设置第一冷却风扇70使得从第一冷却风扇70输出的排出气流的方向R1与第一中心排出管91的延伸方向H1以大于90度的角度θ相交。
因此，可以实现第一冷却风扇70的空气输入及输出而不会产生气流阻力。注意，因为第二冷却风扇80布置在第一冷却风扇70上方，可以确保高度方向上的距离，故第二中心排出管101并未被过度折弯。此外，如图4所示，因为可以为第二中心排出管101确保在高度方向上的距离，故可以朝向前排乘客座椅一侧移位管道。
因此，第一中心排出管91从第一冷却风扇70的空气出口74笔直地向后侧延伸，并于被布置在驾驶员座椅11与前排乘客座椅12之间驾驶员座椅一侧。将第二中心排出管101布置成逐渐从第二冷却风扇80的空气出口84朝向前排乘客座椅一侧偏移的同时朝向地板10下降，且将第二中心排出管101布置成在驾驶员座椅11与前排乘客座椅12之间前排乘客座椅一侧行进。
(隔热结构)
如上所述，因为将第一中心排出管91及第二中心排出管101设置在在驾驶员座椅11与前排乘客座椅12之间的地板10上，故各个排出管91及101被布置在第一电池组40的底表面和车辆地板10之间。因冷却空气在其中流动的原因，故各个排出管91及101均构成隔热层，阻挡了热量从布置在地板10下方的排气管2(参考图7)传递至第一电池组40。由此可稳定第一电池组40的电能供应。
(电池组中心位置偏移)
以下将参考图7及图8描述电池组中心位置的偏移。图7是沿车辆的横向方向所取的中央控制台的竖直剖视图。图8是平面图，示意性地示出了车辆中心位置、电池组以及驾驶员座椅之间的位置关系。
如图8所示，将驾驶员座椅布置成朝向车辆的内侧(约呈1.5度)以确保视认性(visual confirmation)。因此，电池组的中心D1的位置被布置成从车辆的中心C1向前排乘客座椅一侧偏离以确保在前后方向上移动驾驶员座椅11的空间。如图7的剖视图所示，为了在驾驶员座椅11与前排乘客座椅12之间的地板10上安装第一电池组40及第二电池组50，并将第一中心排出管91及第二中心排出管101布置在地板10与第一电池组40之间，辅助横梁1A之间的地板10B具有向下的凹部。因此，因为其是加强构件，故辅助横梁1A的位置不能改变。于第一电池组40(被布置成向前排乘客座椅一侧偏移)的底部与地板10之间的区域中，在第二中心排出管101与第二座椅下方排出管102之间存在较窄的区域(图7中的B所包含的区域)，会导致在该区域流动的冷却空气的压力损失。
着眼于此，在本实施例中，DCDC转换器110被布置在第一排出管90一侧，所述第一排出管90在与第一电池组40及第二电池组50的偏移方向相对的方向上延伸。如下所述，第一排出管90一侧有利于确保较大的流通横截面。如图1，图3及图7所示，DCDC转换器110作为待冷却的目标设备被安装在第一排出管90一侧的第一座椅下方排出管92上，而设置用于DCDC转换器110的冷却风扇111被设置成伸入第一座椅下方排出管92的管路中。因此，可以于允许冷却空气充分流动的第一座椅下方排出管92处有效地冷却DCDC转换器110。此外，通过将第一电池组40布置在下侧，可以将排出管的长度设定成短于第二排出管100。因此，避免了压力损失以允许冷却空气的充分流动。
着眼于此，可以构思出使分别连接至第一排出管90及第二排出管100的第一冷却风扇70及第二冷却风扇80的容量及/或运转状态差异化作为使排出管的相对压力损失相等的方法。但是，利用不同容量的冷却风扇会使控制复杂化，且冷却风扇之间转动的差异会导致额外的噪音问题。因此希望风扇以低速运转。为此，在本实施例中对第一冷却风扇70及第二冷却风扇80使用相同性能的冷却风扇。
(冷却空气的流动)
在通过上述设置的用于二次电池的冷却结构中，如图5所示，通过使第一冷却风扇70及第二冷却风扇80运转来在第一电池组40及第二电池组50中产生负压。因此，客舱中的空气从设置于中央控制台21后端的空气引入缝22被引入中央控制台21作为冷却空气。
然后，空气通过设置于第一电池组40的后端上侧的空气入口43被吸入腔室42以冷却第一电池组件41，并从空气出口44被输送至第一冷却风扇70。类似地，冷却空气通过设置于第二电池组50的后端上侧的空气入口53被吸入腔室52以冷却第二电池组件51，并从空气出口44被输送至第一冷却风扇70。尽管示出了用于第一电池组40及第二电池组50的向下流动型冷却结构，但只要在电池组中从车辆的后侧向前侧输送气流，则也可采用诸如向上流动型冷却结构的其他冷却结构。
然后，如下所述，冷却空气被第一冷却风扇70及第二冷却风扇80分别输送至第一排出管90及第二排出管100以实现对第一电池组40的隔热效果。空气还冷却安装在第一座椅下方排出管92上的DCDC转换器110。冷却空气通过分为两个方向，可以从第一座椅下方排出管92及第二座椅下方排出管102输出进入客舱。因此，如下所述，可以减小从第一座椅下方排出管92及第二座椅下方排出管102输出的脚部周围的气流以避免因局部气流增大所导致的不适，并防止客舱环境的劣化。
(接线箱与DCDC转换器之间的连接)
以下将参考图2描述在本实施例的电池组装载结构中用于接线箱60与DCDC转换器110之间电连接的束线130。如上所述，本实施例的电池组包括第一电池组40以及布置第一电池组40上方的第二电池组50，且第一电池组40及第二电池组50被设置为第一电池组40的后端位于第二电池组50的后端的前侧。因此，提供了位于后侧的第二电池组50的底部与地板10之间的空间A2。
此外，接线箱60布置在第二电池组50上。该接线箱60通过束线130电连接至布置在第一座椅下方排出管92上的DCDC转换器110。对于束线130的布线，束线130的一端从接线箱60的后端侧引出并沿第二电池组50的后侧下降以通向形成在位于后侧的第二电池组50的底部与地板10之间的空间A2。然后，束线130横穿通过由座椅腿210及地板10界定的空间A1。最终，束线130的另一端连接至DCDC转换器110。
DCDC转换器110是通过束线130电连接至接线箱60的设备的示例。可以为布置在驾驶员座椅11或前排乘客座椅12下方的设备采用类似于上述束线130的布线设置。
根据电池组装载结构中束线130的布线，可以在客舱的空间内有效地布置在车辆中使用的第一电池组40及第二电池组50，并可缩短容纳在中央控制台21中的第二电池组50与布置在驾驶员座椅11(或前排乘客座椅12)下方的DCDC转换器110之间的间距。因此，可以缩短用于第二电池组50与DCDC转换器110之间电连接的束线的长度，由此有利于电池组及周边设备的组装可行性。
尽管必须竖直地布设束线130，但因为座椅腿210的座椅导轨211位于中央控制台21的附近，故不能直接在车辆的宽度方向上进行布设。此外，着眼于在正面碰撞的情况下束线130会被损坏，故将束线130布设在第二电池组50的前侧是不佳的。本实施例的束线130的布设是有利的，因为采用沿第二电池组50的后侧向下布设束线130的设置，故在正面碰撞的情况下束线130不会被损坏。此外，因为将束线130布设至空间A2，故有利于组装的可行性。
尽管如上所述在本实施例中采用了具有竖直布置的两级电池组结构的电池组，但是通过具有一级或多级结构的电池组也可实现类似的功能性优点。
已经基于排出管90及100从电池组40及50的前侧引出的结构描述了上述实施例。本发明并不限于排出管从车辆的前侧引出的结构。排出管90及100从相对于车辆的纵向方向的侧面引出以朝向地板10一侧下降并在电池组40及50的最底面与车辆的地板10之间延伸的结构也是可行的。通过采用该结构，排出管可保持在座椅下方延伸。因此，可以防止当排出管布置在地板上时排出管被乘客踩踏的情况。
应当理解的是，这里所描述的实施例在各个方面仅为示例性而非限制性。本发明的技术范围由所附权利要求界定，且权利要求意在包含落入权利要求限制及范围内的全部改变或其等同物。

Claims (4)

1.一种用于二次电池的冷却结构，适于通过从车辆的座舱吸入的冷却空气来冷却电池组(40，50)中的二次电池(41，51)，并适于将所述空气经由排出管(90，100)排入所述座舱，其中
所述电池组(40，50)布置在驾驶员座椅(11)与前排乘客座椅(12)之间，并且
所述排出管(90，100)设置成从所述电池组(40，50)的前侧引出以朝向地板(10)一侧下降，并在所述驾驶员座椅(11)与所述前排乘客座椅(12)之间朝向所述车辆的后侧延伸，并在所述电池组(40，50)的最底面与所述车辆的所述地板(10B)之间行进。
2.根据权利要求1所述的用于二次电池的冷却结构，其中
冷却风扇(70)于所述排出管从所述电池组(40)的所述前侧引出的区域被附装至所述排出管(90)，并且
从所述冷却风扇(70)输出的排出气流的方向(R1)与所述排出管(90)的延伸方向(H1)以大于90度的角度相交。
3.根据权利要求1所述的用于二次电池的冷却结构，其中
所述电池组包括具有第一电池组件的第一电池组(40)，以及布置在所述第一电池组上方、并具有第二电池组件的第二电池组(50)，
第一排出管(90)被连接至位于下侧的所述第一电池组(40)，
第二排出管(100)被连接至位于上侧的所述第二电池组(50)，
第一冷却风扇(70)于所述第一排出管(90)从所述第一电池组(40)的所述前侧引出的区域被附装至所述第一排出管(90)，
从所述第一冷却风扇(70)输出的排出气流的方向(R1)与所述排出管(90)的延伸方向(H1)以大于90度的角度相交，
第二冷却风扇(80)于所述第二排出管(100)从所述第二电池组(50)的所述前侧引出的区域被附装至所述第二排出管(100)，并且
从所述第二冷却风扇(80)输出的排出气流的方向(R2)与所述第二排出管(100)的延伸方向(H2)大致平行。
4.一种用于二次电池的冷却结构，所述二次电池具有装载在驾驶员座椅与前排乘客座椅之间的电池组(40，50)，所述用于二次电池的冷却结构适于通过冷却空气来冷却所述电池组(40，50)中的二次电池(41，51)，并适于经由设置在所述座椅下方的排出管(90，100)排出所述冷却空气，其中
所述电池组(40，50)布置在车辆的地板(10)上方，并且
所述排出管(90，100)设置成相对于所述车辆的纵向方向从所述电池组(40，50)的侧面引出，以朝向所述地板(10)一侧下降，并在所述电池组(40，50)的最底面与所述车辆的所述地板(10)之间行进。
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