JP2008260405A - バッテリの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車両室内の快適性を損なうことなく、バッテリを冷却した冷却風を車両室内に戻すバッテリの冷却構造、を提供する。
【解決手段】バッテリの冷却構造は、ハイブリッド車両に搭載されたバッテリ２４と、バッテリ２４を冷却した冷却風が流通する排気ダクト５２と、ハイブリッド車両に設けられ、車両室内を空調するエアコンディショナ８０とを備える。冷却風は、排気ダクト５２によりエアコンディショナ８０に導かれ、エアコンディショナ８０によって冷却された後、車両室内に戻される。
【選択図】図４

Description

この発明は、一般的には、バッテリの冷却構造に関し、より特定的には、車両に搭載されるバッテリの冷却構造に関する。

従来のバッテリの冷却構造に関して、たとえば、特開平１０−３０６７２２号公報には、空調される車室内の快適性を損なうことなく、車室内の空気を用いて効率的に電池の冷却を行なうことを目的とした車両用電池冷却システムが開示されている（特許文献１）。特許文献１では、冷却装置が、エアコンにより空調されている車室内の空気を冷却ファンによって吸引してバッテリを冷却する。この冷却装置では、切り替えダンパによって冷却風を車室内に戻す循環モード、冷却風を車外に排出する排気モードおよび冷却風の一部を車室内に戻すとともに残りを車外に排出する循環／排出モードが選択可能となっている。

また、特開２００５−２６２８９７号公報には、電池を車両の空調補助として利用することを目的とした車両用の空調補助装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された空調補助装置は、電池を通過した後の空気の少なくとも一部が車室内に入るように構成された空調補助系を有する。

また、特開平８−２５３０１９号公報には、充電時の電力を有効に利用することを目的とした車両用の空調装置が開示されている（特許文献３）。特許文献３に開示された空調装置は、バッテリによって温められた空気を、車室内および車外のいずれに導くかを切り換えるダクトおよびドアを備える。
特開平１０−３０６７２２号公報 特開２００５−２６２８９７号公報 特開平８−２５３０１９号公報

上述の特許文献に開示されるように、バッテリを搭載する車両には、発熱したバッテリに向けて冷却風を供給し、さらにその冷却風を排出する冷却構造が設けられる。冷却風は、バッテリとの熱交換により温度上昇した状態で排出される。しかしながら、その温度上昇した冷却風が車両室内に戻されると、車両室内に搭乗する乗員が暖かい気流に触れ、不快に感じるおそれがある。この場合、車両室内の快適性が損なわれる。また、このような不快感を感じさせないために、冷却風を分散させて車両室内に戻すことも考えられる。しかしながら、バッテリの搭載位置によっては排気ダクトの配索が困難であったり、排気ダクトの断面積を十分に確保できないおそれがある。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、車両室内の快適性を損なうことなく、バッテリを冷却した冷却風を車両室内に戻すバッテリの冷却構造を提供することである。

この発明に従ったバッテリの冷却構造は、車両に搭載されたバッテリと、バッテリを冷却した冷却風が流通する排気通路と、車両に設けられ、車両室内を空調するエアコンディショナとを備える。冷却風は、排気通路によりエアコンディショナに導かれ、エアコンディショナによって冷却された後、車両室内に戻される。

このように構成されたバッテリの冷却構造によれば、バッテリの冷却により温度上昇した冷却風が、エアコンディショナによって温度が下げられた後、車両室内に戻されるため、車両室内の乗員が、暖かい気流によって不快感を感じるということがない。このため、車両室内の快適性を損なうことなく、冷却風を車両室内に戻すことができる。

また好ましくは、バッテリは、車両室内の運転席と助手席との間またはこれらの座席の下に配置されている。エアコンディショナは、車両前方に設けられたインストールメントパネル内に収容されている。このように構成されたバッテリの冷却構造によれば、バッテリとエアコンディショナとが近傍に配置されるため、冷却風をバッテリからエアコンディショナに容易に導くことができる。

また好ましくは、エアコンディショナは、空気から吸熱するエバポレータと、エバポレータに向けて空気を供給するファンとを含む。排気通路が、バッテリからファンに向けて延び、ファンの近傍で開口するダクトにより構成されている。このように構成されたバッテリの冷却構造によれば、ダクトによって構成される排気通路により、冷却風をバッテリからエアコンディショナに導く。

また好ましくは、バッテリは、車両室内の運転席と助手席との間に設置されたコンソールボックスに収容されている。エアコンディショナは、コンソールボックスと連通するインストールメントパネル内に設置されている。排気通路は、コンソールボックスにより構成されている。このように構成されたバッテリの冷却構造によれば、コンソールボックスによって構成される排気通路により、冷却風をバッテリからエアコンディショナに導く。

以上説明したように、この発明に従えば、車両室内の快適性を損なうことなく、バッテリを冷却した冷却風を車両室内に戻すバッテリの冷却構造を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、ハイブリッド車両の車両室内を示す斜視図である。図中には、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能なバッテリとを動力源とするハイブリッド車両が示されている。

図１を参照して、車両室内には、前部座席としての運転席１１と助手席１２とが車両幅方向に並んで設けられている。車両室内とは、乗員が搭乗する空間である。運転席１１および助手席１２は、それぞれ、シートレッグ２３０およびシートレッグ２４０を介してフロアパネル１に固定されている。シートレッグ２３０および２４０は、車両前後方向に延び、フロアパネル１から上向きに突出するアーチ形状を有する。フロアパネル１の表面には、フロアカーペット１０が配置されている。フロアカーペット１０は、シートレッグ２３０および２４０を覆い隠すように設けられている。運転席１１および助手席１２の下方では、フロアパネル１とフロアカーペット１０との間に空間が形成されている。

運転席１１と助手席１２との間には、車両前後方向に延びる樹脂製のセンターコンソールボックス２１が設けられている。センターコンソールボックス２１は、略直方体形状を有する。センターコンソールボックス２１は、フロントガラスの後方に広がるインストールメントパネル１５と前後して設けられている。センターコンソールボックス２１は、インストールメントパネル１５と連続して設けられてもよいし、分離して設けられてもよい。センターコンソールボックス２１は、車両幅方向における車両の中心付近に設置されている。

センターコンソールボックス２１は、たとえば、車両室内のインテリア性を向上させる目的や、飲料容器を載置するためのカップホルダや、小物類を載置するための凹部を設けるために設置されている。センターコンソールボックス２１には、センターコンソールボックス２１内に車両室内の空気を取り入れるための空気導入スリット２２が形成されている。空気導入スリット２２は、車両室内に設置された図示しない後部座席と対向して形成されている。空気導入スリット２２は、図示しない後部座席の足元の空間に開口する。

図２は、図１中のハイブリッド車両に搭載されたバッテリパックを示す斜視図である。図１および図２を参照して、センターコンソールボックス２１内には、第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０が収容されている。第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０は、運転席１１と助手席１２との間に設けられている。第１バッテリパック３０と第２バッテリパック４０とは、上下に重なって設けられている。第２バッテリパック４０は、第１バッテリパック３０上に配置されている。

なお、本実施の形態では、本発明を２段積みのバッテリパック構造に適用して場合について説明するが、１段積みのバッテリパック構造に本発明を適用することもできる。

図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿ったバッテリパックの断面図である。第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０は、同様の構造を備える。以下、代表的に第１バッテリパック３０の構造について説明を行なう。

図２および図３を参照して、第１バッテリパック３０は、バッテリ（２次電池）２４と、バッテリ２４を収容するケース体としてのバッテリケース６１とを含む。バッテリ２４は、積層された複数のバッテリセル２４ｓを含む。複数のバッテリセル２４ｓは、略水平方向に積層されている。複数のバッテリセル２４ｓは、車両前後方向に積層されている。バッテリセル２４ｓの積層方向は、バッテリパックの設置場所等に応じて適宜、変更される。複数のバッテリセル２４ｓは、互いに電気的に直列に接続されている。

バッテリ２４は、充放電可能なバッテリであれば特に限定されず、たとえば、ニッケル水素電池であってもよいし、リチウムイオン電池であってもよい。

互いに隣り合うバッテリセル２４ｓ間には、図示しないスペーサが配置されている。そのスペーサにより、互いに隣り合うバッテリセル２４ｓ間に冷却風通路２５が形成されている。

第１バッテリパック３０は、吸気チャンバ３２および排気チャンバ３３を含む。吸気チャンバ３２および排気チャンバ３３は、バッテリケース６１内に設けられている。吸気チャンバ３２および排気チャンバ３３は、冷却風通路２５に連通する。吸気チャンバ３２は、冷却風が流入する吸気口３６を含む。排気チャンバ３３は、冷却風が流出する排気口３７を含む。

排気チャンバ３３は、バッテリ２４と隣り合って設けられている。排気チャンバ３３は、バッテリ２４と略水平方向に隣り合って設けられている。吸気チャンバ３２は、バッテリ２４に対して排気チャンバ３３の反対側に設けられている。吸気チャンバ３２および排気チャンバ３３は、バッテリセル２４ｓの積層方向、本実施の形態では車両前後方向に延びる。吸気チャンバ３２および排気チャンバ３３は、互いに平行に延びる。吸気チャンバ３２および排気チャンバ３３は、互いに異なる方向に延びてもよい。

第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０は、冷却風がバッテリパック内で略水平方向に流れる横流し方式を採用する。これに限られず、第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０は、冷却風がバッテリパック内で略鉛直方向に流れる縦流し方式を採用してもよい。

図４は、図１中のハイブリッド車両を示す平面図である。図５は、図１中のハイブリッド車両を示す断面図である。図４および図５を参照して、ハイブリッド車両には、車両室内を空調するエアコンディショナ８０が設けられている。エアコンディショナ８０は、インストールメントパネル１５内に収容されている。エアコンディショナ８０は、第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０と隣接して設けられている。エアコンディショナ８０は、第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０と車両前後方向に隣接して設けられている。

エアコンディショナ８０は、ファンとしての送風ファン８８と、エバポレータ８３およびヒータ８４とを含む。送風ファン８８は、空気をエバポレータ８３およびヒータ８４に向けて送る。本実施の形態では、送風ファン８８が、助手席１２の前方に配置されている。送風ファン８８は、運転席１１の前方に配置されてもよいし、センターコンソールボックス２１の前方に配置されてもよい。エバポレータ８３とヒータ８４とは、前後に並んで設けられている。エバポレータ８３は、空気から熱を奪い、冷気を車両室内に供給する。ヒータ８４は、空気に熱を与え、暖気を車両室内に供給する。

エアコンディショナ８０は、図示しない内外気制御システムを含む。内外気制御システムは、エバポレータ８３およびヒータ８４に車両室内の空気を送る内気モードと、車外の空気を送る外気モードとを切り換える。車両室内に冷気を供給する冷房時、エアコンディショナ８０による空調効率を向上させるため、主に内気モードが選択される。車両室内に暖機を供給する暖房時、車外の乾燥した空気を用いて車両室内を除湿するため、主に外気モードが選択される。

インストールメントパネル１５には、送風口８１が形成されている。冷房時の局所的な冷えや暖房時の局所的な暖まりなどを少なくするため、インストールメントパネル１５には複数の送風口８１が形成されている。

図２から図５を参照して、車両室内の下方には、冷却ファン５０が設置されている。本実施の形態では、助手席１２の下に冷却ファン５０が設置されている。冷却ファン５０は、フロアパネル１とフロアカーペット１０との間の空間に設置されている。冷却ファン５０は、回転ファンの中央部から回転軸方向に吸気して、回転軸の半径方向に空気を排出する電動のシロッコファンである。冷却ファン５０は、バッテリパックから冷却風を吸引する引き込み型のファンである。

なお、ファンの種類は、シロッコファンに限定されず、たとえば、クロスフロー型のファンやプロペラファンであってもよい。冷却ファンが設置される位置は、助手席１２の下に限られず、たとえば、運転席１１や第１バッテリパック３０の下であってもよい。

第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０の排気チャンバ３３には、排気ダクト５２が接続されている。排気ダクト５２と排気チャンバ３３とは、排気口３７を通じて連通する。排気ダクト５２は、排気チャンバ３３の、その延びる方向の一方端に接続されている。排気ダクト５２は、排気チャンバ３３の車両後方側の端部に接続されている。このような構成により、第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０が運転席１１と助手席１２との間に配置されるバッテリパック構造において、排気ダクトと座席との干渉を避けることができる。

本実施の形態では、第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０の吸気チャンバ３２に吸気用のダクトが接続されない。しかしながら、吸気チャンバ３２に、全長の短い簡易的なダクトが接続されることもある。

排気ダクト５２の経路上に、冷却ファン５０が配置されている。排気ダクト５２は、バッテリ２４からインストールメントパネル１５内の空間に向けて延びる。排気ダクト５２は、助手席１２の下を通って、助手席１２の前方のインストールメントパネル１５内の空間に達する。排気ダクト５２は、フロアパネル１とフロアカーペット１０との間の空間を配索される。排気ダクト５２は、第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０と、インストールメントパネル１５内の空間とを連通させる。排気ダクト５２は、送風ファン８８の近傍で開口する。排気ダクト５２は、排気チャンバ３３と冷却ファン５０との間で延びる第１排気ダクト５２ｓと、冷却ファン５０とインストールメントパネル１５内との間で延びる第２排気ダクト５２ｔとを含む。

インストールメントパネル１５には、エアコンディショナ８０が内気モードに設定された時に、車両室内の空気をパネル内に吸い込む内気吸い込み口が形成されている。内気吸い込み口は、送風ファン８８の近傍に形成されている。排気ダクト５２は、車両室内であって、この内気吸い込み口の近傍で開口するように設けられてもよい。

冷却ファン５０を駆動させることにより、車両室内の空気が、空気導入スリット２２、吸気口３６を順に通り、冷却風として第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０内に取り込まれる。バッテリパック内に取り込まれた冷却風は、吸気チャンバ３２から冷却風通路２５に流入し、冷却風通路２５を流れる間、バッテリ２４を冷却する。バッテリ２４を冷却した冷却風は、排気チャンバ３３から排気口３７を通って、排気ダクト５２に流出する。

冷却風は、排気ダクト５２を通ってインストールメントパネル１５内の空間に排出される。冷却風は、インストールメントパネル１５によって車両室内と区画された空間に排出される。冷却風は、インストールメントパネル１５内の空間で送風ファン８８によって吸引される。冷却風は、エバポレータ８３によって吸熱された後、温度が低下した状態で送風口８１から車両室内に戻される。

温度上昇した冷却風を車両室内に戻す場合を想定すると、この場合、暖かい気流が車両室内に搭乗する乗員に不快感を感じさせるという懸念が生じる。特に、冷却ファンが運転席１１や助手席１２の下に配置されている場合に、冷却風を座席下から直接、車両室内に排出すると、このような懸念が大きくなる。

また、暖かい気流が乗員に達することを緩和するために、冷却風を分散させて排出する対策が考えられる（たとえば、運転席１１および助手席１２の座席下からそれぞれ排出する、前部座席および後部座席の座席下からそれぞれ排出するなど）。しかしながら、排気ダクトを車両幅方向に配索する場合、シートレールやコンソールを越える必要があるため、配索経路に大きな制約が生じる。また、排気ダクトを車両前後方向に配索する場合、車両のクロスメンバを乗り越える必要があるため、後部座席の乗員の足さばきや姿勢の関係から、薄いダクトしか通せないという問題が生じる。加えて、排気ダクトの全長が長くなり、圧損が増大するため、ファンの体格の大型化、ＮＶ（Noise and Vibration）特性の悪化といった問題が生じる。

また、車両室内（たとえば運転席１１の足元）には、車両室内の温度を検出する温度センサが設けられている。しかしながら、温度上昇した冷却風が車両室内に侵入すると、温度センサが、車両室内の正確な温度を検出できないおそれがある。

また、冷却風を車外に排出する場合を想定すると、この場合、車両室内の圧力が下がるため、車外の排気ガスなどが車両室内に侵入するおそれがある。

これに対して、本実施の形態では、バッテリ２４との熱交換により温度上昇した冷却風が、エアコンディショナ８０によって冷却された後、車両室内に戻される。このため、乗員が暖かい気流に触れて不快感を感じるということがない。また、バッテリ２４から排出される冷却風の影響を受けることなく、温度センサによって車両室内の温度を正確に検出することができる。

通常、夏場の冷房時には内気モードが選択されるため、排気ダクト５２によってインストールメントパネル１５内に導かれた冷却風が、車両室内の空気とともにエバポレータ８３に送られる。また、冬の暖房時には外気モードが選択されるため、車外の空気がヒータ８４に向けて送られる。この場合、インストールメントパネル１５内に導かれた冷却風は、送風ファン８８によって吸引されることなく、パネルの隙間等を通じて車両室内に徐々に戻される。このため、乗員に不快感を感じさせないという上述の効果が同様に得られ、暖房性能の向上も期待できる。

この発明の実施の形態１におけるバッテリの冷却構造は、車両としてのハイブリッド車両に搭載されたバッテリ２４と、バッテリ２４を冷却した冷却風が流通する排気通路としての排気ダクト５２と、ハイブリッド車両に設けられ、車両室内を空調するエアコンディショナ８０とを備える。冷却風は、排気ダクト５２によりエアコンディショナ８０に導かれ、エアコンディショナ８０によって冷却された後、車両室内に戻される。

このように構成された、この発明の実施の形態１におけるバッテリの冷却構造によれば、車両室内に戻された冷却風によって乗員が不快感を感じるということがなく、車両室内の快適性を向上させることができる。

（実施の形態２）
図６は、この発明の実施の形態２におけるバッテリの冷却構造を示す平面図である。本実施の形態におけるバッテリの冷却構造は、実施の形態１におけるバッテリの冷却構造と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。

図６を参照して、本実施の形態では、インストールメントパネル１５とセンターコンソールボックス２１とが、連続して設けられている。インストールメントパネル１５内の空間と、センターコンソールボックス２１内の空間とが連通する。

図２中の冷却ファン５０および排気ダクト５２に替えて、冷却ファン９０および吸気ダクト９１が設けられている。吸気ダクト９１は、第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０の吸気チャンバ３２に接続されている。冷却ファン９０は、吸気ダクト９１の経路上に配置されている。冷却ファン９０は、バッテリパックに向けて冷却風を送り込む押し込み型のファンである。

冷却ファン９０を駆動させることにより、車両室内の空気が、冷却風として第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０に取り込まれる。バッテリ２４を冷却した冷却風は、センターコンソールボックス２１を通ってインストールメントパネル１５内の空間に導かれる。冷却風は、エアコンディショナ８０によって冷却された後、車両室内に戻される。

このように構成された、この発明の実施の形態２におけるバッテリの冷却構造によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、バッテリ２４から排出された冷却風をエアコンディショナ８０に導くダクトを新たに設ける必要がない。

（実施の形態３）
図７は、この発明の実施の形態３におけるバッテリの冷却構造を示す平面図である。本実施の形態におけるバッテリの冷却構造は、実施の形態１におけるバッテリの冷却構造と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。

図７を参照して、本実施の形態では、図２中の第１バッテリパック３０および第２バッテリパック４０に替えて、バッテリパック３５が設けられている。後部座席１３の下方には、バッテリパック３５と、主に車両後方で車両室内を空調するリヤ用のエアコンディショナ８５とが設けられている。バッテリパック３５とエアコンディショナ８５とは、車両幅方向に並んで設けられている。バッテリパック３５の排気チャンバには、排気ダクト９５が接続されている。排気ダクト９５は、バッテリパック３５から排出された冷却風を、エアコンディショナ８５に導く。バッテリパック３５から排出された冷却風は、エアコンディショナ８０によって冷却された後、車両室内に戻される。

このように構成された、この発明の実施の形態３におけるバッテリの冷却構造によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。

なお、バッテリは、以上に説明した位置に限られず、たとえば、運転席１１や助手席１２の座席下、車両が３列シートを備える場合の２列目、３列目シートの座席下などに配置されてもよい。

また、本発明を、燃料電池と２次電池とを駆動源とする燃料電池ハイブリッド車両（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）または電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に適用することもできる。本実施の形態におけるハイブリッド車両では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド車両では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、２次電池の使用に関しては、両方のハイブリッド車両で基本的に変わらない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

ハイブリッド車両の車両室内を示す斜視図である。 図１中のハイブリッド車両に搭載されたバッテリパックを示す斜視図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿ったバッテリパックの断面図である。 図１中のハイブリッド車両を示す平面図である。 図１中のハイブリッド車両を示す断面図である。 この発明の実施の形態２におけるバッテリの冷却構造を示す平面図である。 この発明の実施の形態３におけるバッテリの冷却構造を示す平面図である。

符号の説明

１１ 運転席、１２ 助手席、１５ インストールメントパネル、２１ センターコンソールボックス、２４ バッテリ、５２，９５ 排気ダクト、８０，８５ エアコンディショナ、８３ エバポレータ、８８ 送風ファン。

Claims (4)

1. 車両に搭載されたバッテリと、
   前記バッテリを冷却した冷却風が流通する排気通路と、
   前記車両に設けられ、車両室内を空調するエアコンディショナとを備え、
   冷却風は、前記排気通路により前記エアコンディショナに導かれ、前記エアコンディショナによって冷却された後、車両室内に戻される、バッテリの冷却構造。
2. 前記バッテリは、車両室内の運転席と助手席との間またはこれらの座席の下に配置され、
   前記エアコンディショナは、車両前方に設けられたインストールメントパネル内に収容されている、請求項１に記載のバッテリの冷却構造。
3. 前記エアコンディショナは、空気から吸熱するエバポレータと、前記エバポレータに向けて空気を供給するファンとを含み、
   前記排気通路が、前記バッテリから前記ファンに向けて延び、前記ファンの近傍で開口するダクトにより構成されている、請求項１または２に記載のバッテリの冷却構造。
4. 前記バッテリは、車両室内の運転席と助手席との間に設置されたコンソールボックスに収容され、
   前記エアコンディショナは、前記コンソールボックスと連通するインストールメントパネル内に設置され、
   前記排気通路は、前記コンソールボックスにより構成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のバッテリの冷却構造。

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