JP2008308112A - 車両の電源搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源装置の放熱性を確保するとともに、電源装置が過度に冷却されるのを抑制することのできる電源搭載構造を提供する。
【解決手段】 電気自動車やハイブリッド自動車の電源装置（１）と、電源装置及び車両本体（５）の間であって、電源装置及び車両本体と隣り合う位置に、外部と仕切られた密閉空間（Ｂ）を形成するための仕切り部材（３）とを有し、密閉空間には、温度の上昇に応じて熱伝導率が増加する熱交換媒体が充填されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源装置を車両に搭載するための電源搭載構造に関するものである。

従来、電動機を駆動源として用いた電気自動車や、駆動源としての電動機および他の駆動源とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド電気自動車が実用化されている。この車両においては、電動機にエネルギである電力を供給するためのバッテリ（例えば、ニッケル−水素電池等の二次電池）が搭載されている（例えば、特許文献１〜４参照）。

ここで、二次電池の性能や寿命は、環境温度に大きく依存し、特に、高温時に充放電を行うと、二次電池が著しく劣化してしまうことがある。そこで、二次電池の劣化を抑制するために、二次電池を冷却するための構成が提案されている。

具体的には、図３に示すように、ケース１０１内に二次電池１０２及び冷却液１０３を収容した電池パック１００を、車両本体（例えば、フロアパネル）２００に接触させたものがある。この構成では、二次電池１０２で発生した熱を、冷却液１０３を介してケース１０１に伝達させ、ケース１０１から大気中に放出させたり、ケース１０１に接触した車両本体２００に伝達させたりしている。これにより、二次電池１０２の温度上昇を抑制することができる。
特開平０８−２７６７５２号公報 特開２００５−１７８７３２号公報 特開２０００−１０８６８７号公報 特開平０８−１６９２４２号公報

しかしながら、電池パック１００を車両本体２００の表面に接触させた状態で搭載した場合には、以下に説明する不具合が生じてしまう。

図３に示す構成において、充放電等によって二次電池１０２が発熱した場合には、この熱が冷却液１０３及びケース１０１を介して車両本体２００に伝達されることにより、二次電池１０２の温度上昇を抑制することができる。しかし、車両本体２００が過度に冷却された場合には、この車両本体２００に接触している電池パック１００も過度に冷却されてしまうことがある。すなわち、電池パック１００（二次電池１０２）の熱が、過度に冷却された車両本体２００によって奪われてしまう。

このように、二次電池１０２が過度に冷却された場合には、二次電池１０２の出力特性が低下してしまう。

本発明である車両の電源搭載構造は、電源装置と、電源装置及び車両本体の間であって、電源装置及び車両本体と隣り合う位置に、外部と仕切られた密閉空間を形成するための仕切り部材とを有し、密閉空間には、温度の上昇に応じて熱伝導率が増加する熱交換媒体が充填されていることを特徴とする。

ここで、電源装置が、電源体と、電源体を収容するケースとで構成されている場合には、仕切り部材及びケースを一体的に形成することができる。すなわち、電源体を収容するケースの一部を用いることにより、密閉空間を形成することができる。

また、仕切り部材として、電源装置を車両本体から離れた位置で支持する部材を用いることができる。具体的には、電源装置を支持する部材を用いることにより、密閉空間を形成することができる。

なお、熱交換媒体としては、空気を用いることができる。また、電源装置としては、二次電池や電気二重層キャパシタ（コンデンサ）等といった蓄電装置や、燃料電池を用いることができる。

本発明によれば、電源装置及び車両本体の間に形成された密閉空間内に、温度の上昇に応じて熱伝導率が増加する熱交換媒体を収容することにより、電源装置の放熱を効率良く行ったり、過度に冷却された車両本体によって電源装置も過度に冷却されるのを抑制したりすることができる。

すなわち、電源装置の温度が上昇した場合には、これに伴い熱交換媒体の熱伝導率も上昇することになり、電源装置の熱を車両本体に効率良く導くことができる。言い換えれば、電源装置の放熱を効率良く行うことができる。

また、車両本体が過度に冷却された場合には、車両本体と隣接する密閉空間内における熱交換媒体の熱伝導率が低下し、電源装置の熱が車両本体に逃げてしまうのを抑制することができる。言い換えれば、車両本体の過度の冷却に伴って、電源装置も過度に冷却されてしまうのを抑制することができる。

しかも、電源装置及び車両本体の間に、密閉空間を形成しているため、電源装置及び車両本体の間のスペースに熱交換媒体を留まらせておくことができ、上述した電源装置の温度上昇に伴う放熱や、車両本体の過度の冷却に対する断熱を効率良く行うことができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である電池パック搭載構造（電源搭載構造）について、図１を用いて説明する。ここで、図１（Ａ）は、本実施例の電池パック搭載構造の断面を示す概略図であり、図１（Ｂ）は、本実施例の電池パック搭載構造を上方（図１（Ａ）の矢印Ｘ方向）から見たときの概略図である。

電池パック１は、電気的に直列に接続された複数の単電池２ａからなる組電池２と、この組電池２を収容するためのケース３とを有している。この電池パック１は、車両に搭載される。ここで、組電池２は、不図示の配線を介して電子機器（例えば、車両の走行に用いられるモータ）に接続されている。ケース３内の領域は、仕切り部３ａによって、組電池２が収容される領域Ａと、空気が充填された領域Ｂとに仕切られている。領域Ａ，Ｂは、密閉空間となっている。

領域Ａ内には、組電池２の他に、組電池２の冷却に用いられる冷却液４が充填されている。この冷却液４としては、絶縁性の油や不活性液体を用いることができる。絶縁性の油としては、シリコンオイル等が用いられる。また、不活性液体としては、フッ素系不活性液体である、フロリナート、Ｎｏｖｅｃ ＨＦＥ(hydrofluoroether)、Ｎｏｖｅｃ１２３０（スリーエム社製）等を用いることができる。

ここで、ケース３のうち領域Ａを形成する部分と、領域Ａ内に収容された組電池２及び冷却液４とが、特許請求の範囲に記載の電源装置に相当する。また、ケース３のうち領域Ｂ（特に、領域Ｂの側面）を形成する部分が、特許請求の範囲に記載の仕切り部材に相当する。本実施例では、仕切り部材がケース３の一部として構成されている。

ケース３は、熱伝導性や耐食性等に優れた材料、例えば、冷却液４の熱伝導率と同等又はこれよりも高い熱伝導率を有する材料で形成することができる。具体的には、ケース３を金属（銅、鉄、アルミ等）で形成することができる。また、ケース３の表面における放熱効率を向上させるために、ケース３の外表面に突条の放熱フィンを設けることもできる。

ここで、本実施例では、単電池２ａとして、円筒型の二次電池を用いている。二次電池としては、ニッケル−水素電池やリチウムイオン電池等がある。なお、単電池の形状は、円筒型に限るものではなく、角型等の他の形状であってもよい。また、本実施例では、二次電池を用いているが、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）や燃料電池を用いることもできる。ここでいう、二次電池等は、車両に搭載された電子機器の電源となる。

また、ケース３の領域Ａ内に、領域Ａ内の冷却液４を強制的に流動（循環）させるための撹拌部材（いわゆる、ファン）を設けることができる。これにより、冷却液４による組電池２の冷却効率を向上させることができる。

電池パック１（ケース３）は、車両本体（例えば、フロアパネルやフレーム）５に対して、ブラケット６により固定されている。ここで、電池パック１の底面は、車両本体５の表面に接触している。なお、本実施例では、ブラケット６を用いて、電池パック１を車両本体５に固定しているが、電池パック１を車両本体５に固定できるものであればいかなる構成であってもよい。例えば、ケース３を溶接等によって車両本体５に固定することもできる。

本実施例によれば、組電池２を収容する領域Ａが車両本体５から離れた位置にあるため、車両本体５が過度に冷却された場合に、領域Ａ内の組電池２が車両本体５によって過度に冷却されてしまうのを抑制することができる。ここで、密閉空間としての領域Ｂ内に存在する空気の熱伝導率は、温度が低くなるほど小さくなるため、車両本体５が過度に冷却されると、車両本体５に隣接する領域Ｂ内における空気の熱伝導率が小さくなる。このため、領域Ｂ内の空気を介して、領域Ａ内の熱（すなわち、組電池２の熱）が車両本体５側に伝達するのを抑制することができる。

一方、充放電等によって組電池２が発熱した場合において、組電池２の熱は、冷却液４を介してケース３に伝達された後、ケース３の外表面を介して外部（大気中）に放出されたり、仕切り部３ａを介して領域Ｂ内に伝達されたりする。ここで、密閉空間としての領域Ｂ内に存在する空気の熱伝導率は、温度が高くなるほど大きくなる。

したがって、領域Ｂ内の空気が、組電池２からの熱を仕切り部３ａを介して受けた場合には、この空気の熱伝導率が上昇し、仕切り部３ａからの熱を車両本体５側に導きやすくなる。

ここで、上述した特許文献２，４には、電池パックを車両本体から離した位置で保持する構成が記載されており、この構成では、電池パック及び車両本体の間に空気層が形成されていることになる。この構成では、空気層が存在することによって、車両本体が過度に冷却された場合でも、この車両本体によって電池パックが過度に冷却されるのを抑制することができる。しかしながら、特許文献２，４に記載の構成では、電池パック及び車両本体の間の領域が開放された空間となっており、この開放空間では、空気が自然対流することになる。

このような場合には、空気の自然対流によって、電池パックで発生した熱を、効率良く車両本体側に導くことができなくなってしまう。

例えば、電池パックで発生した熱が、電池パック及び車両本体の間に位置する空気に伝達されても、この空気が自然対流によって、電池パック及び車両本体の間以外の外部に移動してしまうことがある。この場合には、電池パック及び車両本体の間に位置する空気が電池パックからの熱を受けて、この熱伝導率が上昇したとしても、他の空気（電池パックからの熱を受けてない空気）と入れ替わることで、電池パック及び車両本体の間に位置する空気の熱伝導率は上昇し難くなってしまう。

本実施例では、領域Ａ及び車両本体５の間に空気層を形成するものの、空気層が形成される領域Ｂが密閉空間となっているため、空気の自然対流は領域Ｂ内だけとなる。すなわち、領域Ｂと外部との間においては、空気の自然対流が生じないようになっている。これにより、領域Ｂ内の空気は、電池パック１からの熱を受け続けることができ、この熱伝導率を上昇させることができる。したがって、電池パック１からの熱を、領域Ｂ内の空気を介して車両本体５側に効率良く導くことができる。

このように、本実施例によれば、組電池２を収容した領域Ａと車両本体５との間に、密閉空間を形成しただけの簡単な構成において、領域Ａ内に収容された組電池２の温度調整を効率良く行うことができる。

なお、本実施例では、ケース３内に仕切り部３ａを設け、組電池２を収容する領域Ａ及び密閉空間を形成する領域Ｂを形成しているが、組電池２を収容する第１のケースと、密閉空間を形成する第２のケース（第１のケースとは別体）とを用意し、第１及び第２のケースを重ねるようにしてもよい。この場合には、車両本体５上に第２のケースが配置され、第２のケース上に第１のケースが配置される。

また、領域Ａを形成するケースを用意するとともに、このケース及び車両本体５の間に、領域Ｂの側面を形成する部材（いわゆる仕切り部材）を配置することもできる。ここでいう仕切り部材は、４つの側面を有する枠体となる。この枠体は、領域Ａを形成するケースと車両本体とに固定される。

さらに、本実施例において、領域Ａ及び領域Ｂは、図１のＸ方向から見たときに、略等しい大きさとなっているが、領域Ｂを領域Ａよりも小さくしたり、大きくしたりすることもできる。

次に、本発明の実施例２である電池パック搭載構造の構成について、図２を用いて説明する。ここで、図２（Ａ）は、本実施例の電池パック搭載構造の断面を示す概略図であり、図２（Ｂ）は、本実施例の電池パック搭載構造を上方（図２（Ａ）の矢印Ｘ方向）から見たときの正面図である。なお、本実施例において、上述した実施例１（図１）で説明した部材と同一の機能を有する部材については同一符号を用い、詳細な説明は省略する。

実施例１では、組電池２を収容するケース３（仕切り部３ａ）を用いることにより、組電池２を収容する領域Ａと車両本体５との間に密閉空間（領域Ｂ）を形成しているが、本実施例では、電池パック１を支持するためのブラケット６を用いて、電池パック１及び車両本体５の間に密閉空間を形成するものである。以下、上述した実施例（図１）とは異なる部分について説明する。

ケース３内には、複数の単電池２ａからなる組電池２と、組電池２の冷却に用いられる冷却液４とが収容されている。このケース３は、図２（Ｂ）に示すように、４つの外側面においてブラケット６により支持されている。ケース３の外側面を支持する各ブラケット６は、この両端部において他のブラケット６の両端部と当接している。

上述したように複数のブラケット６を配置することにより、ケース３は、車両本体５の表面から離れた位置で保持され、ケース３及び車両本体５の間には密閉空間としての領域Ｂが形成される。このように密閉空間を形成することにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。ここで、本実施例におけるブラケット６は、特許請求の範囲に記載の仕切り部材に相当する。

上述した実施例１，２では、組電池２を収容する領域Ａと車両本体５との間に形成された密閉空間内（領域Ｂ内）に空気を充填しているが、空気以外の気体を用いることもできる。具体的には、空気と同様の熱特性を有する気体を用いることができる。言い換えれば、温度の上昇に応じて熱伝導率が大きくなる特性を有する気体を用いることができる。

また、気体だけではなく、上述した熱特性を有する液体を用いることもできる。液体を用いる場合には、領域Ｂからの液漏れを防止するために、シール材を用いることが好ましい。上述した熱特性を有する気体や液体を用いても、上述した実施例１，２と同様の効果を得ることができる。

さらに、上述した実施例１，２では、ケース３を用いて領域Ｂを形成したり、ブラケット６を用いて領域Ｂを形成したりしているが、これに限るものではなく、領域Ａ及び車両本体５の間に、密閉空間としての領域Ｂを形成できるものであれば、いかなる構造であってもよい。具体的には、領域Ｂと外部とを仕切る機能を有する部材（仕切り部材）を用いて密閉空間を形成すればよい。

本発明の実施例１である電池パックの断面を示す概略図である。 本発明の実施例２である電池パックの断面を示す概略図（Ａ）と、実施例２の電池パックを上方から見たときの概略図（Ｂ）である。 従来の電池パックの搭載構造を示す概略図である。

符号の説明

１：電池パック
２：組電池
２ａ：単電池
３：ケース
４：冷却液
６：ブラケット
Ａ：領域（組電池の収容領域）
Ｂ：領域（密閉空間）

Claims (4)

1. 電源装置と、
   該電源装置及び車両本体の間であって、前記電源装置及び前記車両本体と隣り合う位置に、外部と仕切られた密閉空間を形成するための仕切り部材とを有し、
   前記密閉空間には、温度の上昇に応じて熱伝導率が増加する熱交換媒体が充填されていることを特徴とする車両の電源搭載構造。
2. 前記電源装置は、電源体と、該電源体を収容するケースとを有しており、
   前記仕切り部材は、前記ケースと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両の電源搭載構造。
3. 前記仕切り部材は、前記電源装置を前記車両本体から離れた位置で支持する部材であることを特徴とする請求項１に記載の車両の電源搭載構造。
4. 前記熱交換媒体が空気であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の車両の電源搭載構造。