JP2008084653A - 車載電池の搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電池収納ケース内が負圧になってケース内に水や異物が侵入するすることが防止できるハイブリッド自動車用大容量電池を冷却する構造を提供する。
【解決手段】フィルタを通過させた冷却用の外気を電動ファン１０により電池収納ケース内部に送り込むように設定することより電動ファンの作動中は電池収納ケースの内部気圧が大気圧より高く維持される車載電池の冷却装置であって、前記電動ファンの吸気口１１を車両の側部に開口する位置に設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車に電池を搭載するための構造に関する。本発明は、内燃機関動力および電気動力を併用するハイブリッド自動車に搭載し、車両の走行動力用電力を供給する大型の電池を冷却するための構造に関する。

ハイブリッド自動車には、端子電圧数百ボルト、充電容量数アンペア時程度の大型の二次電池が搭載される。そして車両走行中に、車両の加速または制動に対応して、この電池からの放電またはこの電池への充電が繰り返される。この繰り返しにしたがって電池には相応の熱損失が発生し電池が発熱する。発熱により電池温度が高くなると、電池の充電可能容量が小さくなる。このため従来からハイブリッド自動車の電池まわりには、電池温度を適正な範囲に維持してその電気的特性を維持するために、強制的な冷却手段を伴う放熱構造が設けられている。この冷却手段として電動ファンによる空冷装置が広く利用されている。

このような放熱構造として、電池セルをパッケージ化して、この電池パッケージを板金製の電池収納ケース（電池収納箱）に収納し、板金製の電池収納ケースの内部に外部から取り込む冷却空気を通風し、電池を冷却する構造が広く利用されている。従来の形態は電池収納ケースの一部に空気取入れ用の開口を設けるとともに、その電池収納ケースの他の壁面に排気ファンを設けた構造が広く利用されている。この従来例構造では、車両走行中には電池と電池パッケージとの間のすき間にある空気を大気圧に放出するように制御されている。電池の発熱により温度が上昇した空気流は排気ファンから大気に放出される。そしてこの冷却用の空気取入れ口には、ごみや異物が電池収納ケース内の電池パッケージの冷却気流の通路に侵入しないように異物除去用のフィルタが設けられている。

特開２００５−２６２０１（現代自動車） 特許第３２８６６３４号（日野自動車） 特開平０８−２７５３０５（日野自動車）

本願発明者は、ハイブリッド自動車の試験を繰り返す過程で、上記形態の電池パッケージの内部に細かいゴミ、異物、水などが侵入することを経験した。これをよく調べると、空気取入れ用の開口にはフィルタを設けて異物を除去するようになっているが、電池収納ケースには、本体と蓋との間に小さいすき間が生じ、そのすき間からゴミ、異物、水などが侵入することがあることに気付いた。とくにハイブリッド自動車用の電池収納ケースは、車体構造に対応して細長い形状に形成される。そして電池収納ケースは、板金製であるから一部に予測できない力や振動が加わることにより、あるいは建て付けにより、電池収納ケースがわずかに変形して本体と蓋との間にすき間が生じやすい。とくに車両に実装する都合から、電池パッケージを直方体形状の収納ケースに収容する場合に、その直方体の長辺が短辺の数倍になるような細長い形状になる。このような形状は電池収納ケースの板材に加わる応力が必ずしも一様にならず、板材の継ぎ目にすき間が生じやすいことが経験された。水やゴミなどの侵入を防ぐため、電池収納ケースの継ぎ目にシール材をはさみこむ、収納ケースの本体と蓋との間のねじ止めのピッチ間隔を小さくするなどにより、電池収納ケースの内外の空気流通を遮断するようにしていた。しかし、ねじ止めのピッチ間隔を小さくすると、製造および保守にかなり余分な工数がかかることになる。

電池収納ケースの内部や電池パッケージの内部に水や異物が入らないようにするには、電池収納ケースの本体と蓋との間のシール構造を高度の気密構造に設計変更することも考えられるが、それにはより多くのシール材を用いることになり、高価なものとなる。また電池収納ケースの設計も気密（水密）構造を保つような設計が必要となり、材料や構造を考慮すれば単価は高価なものとなる。また、電池収納ケースの本体と蓋との間のねじを多くして気密（水密）構造を保つような構造とすることも考えられるが、シール材を挟んでねじ締め作業を必要とするなど、多くの作業工数を要求することになる。

本発明はこれを改良するものであって、電池収納ケースを形成する材料の合わせ目から内部に侵入する水、ゴミ、異物などをなくすることができる電池収納形態を提供することを目的とする。電池収納ケースを構成する材料の合わせ目に、建て付けその他により、多少のすき間が生じることがあっても、電池収納ケースの内部に水、ゴミ、異物などが侵入することのない冷却空気流の形態を提供することを目的とする。本発明は収納ケースのシール性が多少厳密でなくとも、内部に水や異物などが入らない電池収納ケースを提供することを目的とする。本発明は電池収納ケースのシール構造を安価にすることにより電池収納ケースを安価に製造することを目的とする。本発明は電池の保守に係る作業工数を小さくすることを目的とする。

本発明は、電池パッケージが収容された電池収納ケースの内部に冷却用空気流を送り込む電動ファンを設ける構造を特徴とする。つまり電動ファンにより電池収納ケースの内部の空気を外に吸引排出するのではなく、内部に冷却空気流を送り込むことにより、車両の走行中はその電池収納ケースの内部気圧を大気圧より高く維持するように構成する。これにより、電池収納ケースの継ぎ目あるいは合わせ目などに多少のすき間が生じることがあっても、そのすき間を通過する空気流は、電池収納ケースの中から外に向かうことになるから、外の水や異物が冷却風とともに内部に持ち込まれることはなくなる。

これにより車両の電気装置が「オン」の状態にあり、電池が充電または放電に利用されているときには、電池収納ケース内部の気圧は大気圧より高く維持されることになり、電池収納ケースに生じるすき間などから電池収納ケースの内部に外気とともに水や異物が侵入することはなくなる。電池収納ケースの内部に導入される空気は、すべて電動ファンを経由する空気であるから、電動ファンに設けるフィルタの特性にしたがって正確に制御することができる。この構造は、車両の加速または減速に対応して放電または充電を繰り返すハイブリッド自動車の動力用電池について採用することが効果的である。

本発明をハイブリッド自動車に実施するために、電動ファンの向きを電池収納ケースに空気流を送り込むように設定すると、従来構造の空気取入れ口が空気排出口になるから、異物除去用の空気フィルタは新しい空気取入れ口の側に移し替えなければならない。車両に適する実用的な装置を得るには、空気フィルタの移し替えだけでなく、全体が合理的になるようにいくつかの設計変更を必要とする。すなわち本発明を実施する実用的な構造としては、空気の取入れ通路を車両の側部位置になるように設けて側方から空気を取入れ、その電池収納ケースの内部気圧を大気圧に放出させる空気排出口を前記電池収納ケースの下部位置に設け、その排出口の空気流を車両の下方に向けて排出する構造とした。この構造により電池の冷却風について、車両の走行速度の変化に応じて空気取入れ口と空気排出口との間に生じる気圧差はほとんど変動しなくなる。

本発明により、本来の吸気口以外から電池収納ケースの内部に冷却風とともに水、異物などを吸い込む現象は、車両の全寿命期間にわたり原理的に回避される。本発明により、電池収納ケースの蓋と本体の間の合わせ目や擦り合わせ部分に、シールを施し、水や異物の混入を防ぐなどの補助的な措置はいっさい必要なくなる。これにより電池収納ケースに厳密なシール構造を要求することはなくなり、また、水滴などを隙間からの空気流によっても押し出すことができるので、水密構造を保つことができる。電池の保守整備に際しても、緩めるあるいは締めるねじの数を少なくすることができるから、保守に要する作業工数も小さくなる。

（実施例）
図１は、本発明実施例の電池搭載構造を説明する部分分解斜視図である。これはハイブリッド自動車に搭載され、その制動により発生した電力を蓄積するとともに、駆動動力用の電力を供給する電池の実装形態を説明する図である。この実施例では、ハイブリッド自動車は主として宅配便などに利用される中型の貨物車両である。ハイブリッド動力用の電池はパッケージ化されて、電池パッケージ１に収容されている。この電池パッケージ１は密閉構造である。この電池はちなみに端子電圧２８８Ｖ、最大充電容量６．５Ａｈである。この電池パッケージ１は細長い直方体の形状であり、鋼鉄製の電池収容棚２に載置される。そしてこの電池パッケージ１は、その背面および底面から図示されていないビスにより、この電池収容棚２に固定される。なおここに表された電池パッケージ１は当該車両に必要な数の電池をセル化して一体とし、各セル容器の外側に設けられた箱であり、電池セルの間にそれぞれ空間が設けられ、その間を冷却気流が流れる構造となっている。

そしてこの電池収容棚２は鋼鉄製の腕鋼材（クロス・アーム）３により、一点鎖線により表示する貨物車両のフレーム４の表面に、その側面からこれも図示しないボルトおよびナットにより取り付けられる。電池パッケージ１の前面には空気ダクト５が設けられる。この空気ダクト５の一端に設けた吸気口１１は大気に開口し、この空気ダクト５の他端は、電動ファン１０のインレット側に連結される。この構造については後からさらに詳しく説明する。そしてこの電池収容棚２には、その断面がＬ字形状に形成された一枚の鋼鉄製カバー６が被せられる。

ここで本発明の特徴とするところは、電池収納棚２と鋼鉄製カバー６とによって構成される電池収納ケース内部に冷却用空気を送り込むように構成して、電池収納ケース内の空気圧を大気圧より高く維持するところにある。すなわち従来例装置のように電池収納ケースの空気出口に回転扇を設けて、電池収納ケースの内部気圧を吸引するのではなく、電池収納ケースの冷却用空気の入り口にファンを設けて、電池収納ケース内部の気圧を増圧状態に維持するところにその特徴がある。

図２はこの冷却空気の流れを説明するための図である。すなわち図２に示すように、充放電により発熱する電池を冷却するために、電池パッケージ１の内部に冷却風を送り込むように構成する。本発明の装置では、その冷却用空気の送り込み口に電動ファン１０を配置して、ハイブリッド動力装置が作動中には、電池収納ケースの内部空気圧が大気圧より高くなるように電池の冷却気流を供給する。車両側方に設けられた吸気口１１から取込まれた空気流は、空気ダクト５を経由して、電動ファン１０により加圧されて電池パッケージ１の内部に送り込まれる。そして電池パッケージ１の内部を通過して温度が高くなった気流は、ラジエータ１３を経由しラジエータ排気口９から、車両の下方に向けて大気に排出される。

さらに具体的には、この実施例装置の構成では吸気口１１から外気を取込み、これを電動ファン１０の空気入口に供給するための空気ダクト５を二階構造とした。そして図２に太い破線で示すように、空気流は下層階を図の右手から左方に通過させ、上層階に折り返してさらに図の左手から右方に通過させて、電動ファン１０のインレット側に導くように構成した。この構造により、吸気口１１から吸入する空気に何らかの異物、とくに小石など質量のある異物が混入していても、この折り返し構造の空気ダクトの内部を通過中に、その異物は重力により脱落するように配慮したものである。そしてこの空気ダクトは気流の上流側が低く、下流側が高くなるように勾配が設けられていて、空気流から脱落した異物がその勾配にしたがって図の右方に転がるように配慮されている。吸気口１１に至る通路にも転がった異物が吸気口１１から外部に落下するように傾斜が設けてある。

この折り返し二階構造に形成された空気ダクトは、その気流に垂直な断面積が、二階の方が一階より大きくなるように形成されている。これにより、一階から二階に上がる際に流速が落ちるため質量の大きい異物は一階で脱落し、質量の比較的小さい異物は二階で脱落するように配慮されている。空気ダクト５の底部に脱落した異物は、空気ダクト５に設けられた傾斜構造に沿って空気流に逆行して転がり吸気口１１から外部に排出される。この装置の試運転の結果から、比重の大きい異物はほとんど空気ダクト５の内部でその底部に脱落し、車両の振動に応じてこの空気ダクト５の傾斜に沿って逆行することが確かめられた。

なお特殊な形状の異物であって転がりにくい異物については、これを排除するために、電動ファン１０の回転を間欠的に停止させるように構成することが効果的であることがわかった。すなわち、電動ファン１０の作動中にタイマ装置その他により、この電動ファン１０の動作を間欠的に停止させる構成とすることができる。

図１に戻って、この電池収容棚２の下段の棚７には、整流器、インバータ、その他の電気装置が収容される。この下段の棚７も、同様に車体フレーム４に取り付けられ、その周囲は覆い８により覆われる。この下段に収容される装置については、本発明に直接関係がないので詳しい説明を省略する。

ハイブリッド自動車の電池収容構造について説明したが、車両に電池を搭載し、この電池を強制空冷する構造について広く本発明を実施することができる。

本発明実施例装置の一部分解斜視図。 本発明実施例装置における冷却用空気の流れを説明する図。

符号の説明

１ 電池パッケージ
２ 電池収容棚
３ 腕鋼材（クロス・アーム）
４ 車体フレーム
５ 空気ダクト
６ カバー
７ 下段の棚
８ 覆い
９ ラジエータ排気口
１０ 電動ファン
１１ 吸気口
１２ 吸気口
１３ ラジエータ

Claims (3)

1. 電池が収容された電池収納箱の内部に、冷却用空気流を送り込む電動ファンを設けたことを特徴とする車載電池の冷却装置。
2. 前記電池は車両の加速または減速に対応して放電および充電を繰り返すハイブリッド自動車の動力用電池である請求項１記載の車載電池の冷却構造。
3. 前記電動ファンの吸気口を車両の側部に開口する位置に設け、その電池収納箱の内部気圧を大気に放出させる空気排出口を車両の下方に開口する位置に設けた請求項１記載の車載電池の冷却装置。

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