JP2008311122A - バッテリの保持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】温度分布のばらつきを小さくすることが可能な電池の搭載構造を提供する。
【解決手段】バッテリの保持構造は、バッテリ９００と、バッテリ９００とベース部材９１０との間に介在してバッテリ９００をベース部材９１０に保持する第一から第三保持具９０１，９０２，９０３とを備える。発熱源に近い第一保持具９０１がバッテリ９００に接触する第一面積Ｓ１は、発熱源から遠い第二保持具９０２がバッテリ９００に接触する第二面積Ｓ２よりも大きい。
【選択図】図３

Description

この発明は、バッテリの保持構造に関し、より特定的には、車両に搭載されるバッテリの保持構造に関するものである。

従来、バッテリの保持構造は、たとえば特開２００３−３３１９３２号公報（特許文献１）、特開平８−２８２４０８号公報（特許文献２）および特開２００３−３２６９８０号公報（特許文献３）に開示されている。
特開２００３−３３１９３２号公報 特開平８−２８２４０８号公報 特開２００３−３２６９８０号公報

特許文献１では、電池パック間の冷媒通路幅が各々大小あるものであって、パック間スペーサの大きさも幅に対応し大小とされる構成が開示されている。

特許文献２では、バッテリ取付具において、車体フレームに取付けるブラケットとブラケットの形が異なる。

特許文献３では、バッテリを排気管の真上とならない位置に配置してバッテリの局部的な温度上昇を抑制する構成が開示されている。

しかしながら、従来のバッテリの保持構造では、バッテリの各部分での温度分布が大きいという問題があった。そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、バッテリの各部分の温度分布を最小限にすることが可能なバッテリの保持構造を提供することを目的とする。

この発明に従ったバッテリの保持構造は、バッテリと、バッテリとベース部材との間に介在してバッテリをベース部材に保持する第一および第二保持具とを備える。発熱源に近い第一保持具がバッテリに接触する第一面積Ｓ１は、発熱源から遠い第二保持具がバッテリに接触する第二面積Ｓ２よりも大きい。

このように構成されたバッテリの保持構造では、発熱源に近い側の第一の保持具はバッテリと広い面積で接触する。このため、バッテリから第一保持具を介して放熱が行なわれる。その結果、発熱源に近い第一保持具においてバッテリからの放熱量が多くなり、温度分布を小さくすることができる。

好ましくは、第一保持具と第二保持具との間に設けられた第三保持具をさらに備える。第三保持具がバッテリと接触する第三面積Ｓ３は第一面積Ｓ１よりも大きい。

第一および第二保持具に囲まれた第三保持具付近では熱がこもりやすい。そのため、温度上昇がしやすい。これに対して、第三保持具とバッテリの接触面積である第三面積Ｓ３を他の接触面積よりも大きくしているため、この熱のこもりやすい部分でバッテリから第三保持具への方熱量を大きくすることができる。その結果、温度分布を小さくすることができる。

好ましくは、第一から第三保持具はベース部材とバッテリとの間に隙間を形成し、第一保持具と第三保持具との間および第二保持具と第三保持具との間には、冷却風通路が設けられる。この場合、第一および第三保持具の間と、第二と第三保持具との間に冷却風通路を設け、この部分で冷却風を通過させることにより、冷却風により熱を放散させることができる。

好ましくは、ベース部材は車両の一部分であり、冷却風通路の延びる方向は、車両の進行方向である。この場合、車両の加速および減速時には、冷却風通路の延びる方向に空気が流れやすくなる。その結果、バッテリの冷却を促進することができる。

好ましくは、第一から第三保持具上にはバッテリと接触する温度センサが設けられている。この場合、第一および第三保持具上のバッテリの温度を逐次観察することができ、温度分布を最適に把握することができる。

以下、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、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の１つの実施の形態に係る発熱素子を含む駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。図１に示される例では、駆動ユニット１は、ハイブリッド車両に搭載される駆動ユニットであり、モータジェネレータ１００と、レゾルバ２００と、減速機構３００と、ディファレンシャル機構４００と、ドライブシャフト受け部５００と、ハウジング６００と、端子台７００とを含んで構成される。

モータジェネレータ１００は、電動機または発電機として機能を有する回転電機であり、軸受１２０を介してハウジング６００に回転可能に取付けられた回転シャフト１１０と、回転シャフト１１０に取付けられたロータ１３０と、ステータ１４０とを有する。

ロータ１３０は、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成されたロータコアと、該ロータコアに埋設された永久磁石とを有する。永久磁石は、たとえば、ロータコアの外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。

ステータ１４０は、リング状のステータコア１４１と、ステータコア１４１に巻回されるステータコイル１４２と、ステータコイル１４２に接続されるバスバー１４３とを有する。バスバー１４３は、ハウジング６００に設けられた端子台７００および給電ケーブル８００Ａを介してＰＣＵ（Power Control Unit）８００とに接続される。また、ＰＣＵ８００は、給電ケーブル９００Ａを介してバッテリ９００に接続される。これにより、バッテリ９００とステータコイル１４２とが電気的に接続される。

ステータコア１４１は、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。ステータコア１４１の内周面上には複数のティース部（図示せず）および該ティース部間に形成される凹部としてのスロット部（図示せず）が形成されている。スロット部は、ステータコア１４１の内周側に開口するように設けられる。

３つの巻線相であるＵ相、Ｖ相およびＷ相を含むステータコイル１４２は、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。ステータコイル１４２のＵ相、Ｖ相およびＷ相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。バスバー１４３は、それぞれステータコイル１４２のＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応するＵ相、Ｖ相およびＷ相を含む。

給電ケーブル８００Ａは、Ｕ相ケーブルと、Ｖ相ケーブルと、Ｗ相ケーブルとからなる３相ケーブルである。バスバー１４３のＵ相、Ｖ相およびＷ相がそれぞれ給電ケーブル８００ＡにおけるＵ相ケーブル、Ｖ相ケーブルおよびＷ相ケーブルに接続される。

モータジェネレータ１００から出力された動力は、減速機構３００からディファレンシャル機構４００を介してドライブシャフト受け部５００に伝達される。ドライブシャフト受け部５００に伝達された駆動力は、ドライブシャフト（図示せず）を介して車輪（図示せず）に回転力として伝達されて車両を走行させる。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部５００、ディファレンシャル機構４００および減速機構３００を介してモータジェネレータ１００が駆動される。このとき、モータジェネレータ１００が発電機として作用する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、ＰＣＵ８００におけるインバータを介してバッテリ９００に蓄えられる。

レゾルバ２００は、レゾルバロータ２１０と、レゾルバステータ２２０とを有する。レゾルバロータ２１０は、モータジェネレータ１００の回転シャフト１１０に接続されている。また、レゾルバステータ２２０は、レゾルバステータコア２２１と、該コアに巻回されたレゾルバステータコイル２２２とを有する。上記レゾルバ２００によりモータジェネレータ１００のロータ１３０の回転角度が検出される。検出された回転角度は、コネクタ１０を介してＰＣＵ８００へ伝達される。ＰＣＵ８００は、検出されたロータ１３０の回転角度と、外部ＥＣＵ（Electrical Control Unit）からのトルク指令値とを用いてモータジェネレータ１００を駆動するための駆動信号を生成し、その生成した駆動信号をモータジェネレータ１００へ出力する。

図２は、ＰＣＵ８００の主要部の構成を示す回路図である。図２を参照して、ＰＣＵ８００は、コンバータ８１０と、インバータ８２０と、制御装置８３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１、ＰＬ３と、出力ライン８４０Ｕ，８４０Ｖ，８４０Ｗとを含む。コンバータ８１０は、バッテリ９００とインバータ８２０との間に接続され、インバータ８２０は、出力ライン８４０Ｕ，８４０Ｖ，８４０Ｗを介してモータジェネレータ１００と接続される。

コンバータ８１０に接続されるバッテリ９００は、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の２次電池である。

バッテリ９００は、発生した直流電圧をコンバータ８１０に供給し、また、コンバータ８１０から受ける直流電圧によって充電される。

コンバータ８１０は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとからなる。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に直列に接続され、制御装置８３０からの信号をベースに受ける。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれパワートランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにパワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。リアクトルＬは、バッテリ９００の正極と接続される電源ラインＰＬ１に一端が接続され、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。

このコンバータ８１０は、リアクトルＬを用いてバッテリ９００から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。またコンバータ８１０は、インバータ８２０から受ける直流電圧を降圧してバッテリ９００を充電する。

インバータ８２０は、Ｕ相アーム８５０Ｕ、Ｖ相アーム８５０ＶおよびＷ相アーム８５０Ｗからなる。各相アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に並列に接続される。Ｕ相アーム８５０Ｕは、直列に接続されたパワートランジスタＱ３，Ｑ４からなり、Ｖ相アーム８５０Ｖは、直列に接続されたパワートランジスタＱ５，Ｑ６からなり、Ｗ相アーム８５０Ｗは、直列に接続されたパワートランジスタＱ７，Ｑ８からなる。ダイオードＤ３〜Ｄ８は、それぞれパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、出力ライン８４０Ｕ，８４０Ｖ，８４０Ｗを介してモータジェネレータ１００の各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続されている。

このインバータ８２０は、制御装置８３０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１００へ出力する。また、インバータ８２０は、モータジェネレータ１００によって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインＰＬ２に供給する。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ１の電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ２の電圧レベルを平滑化する。

レゾルバ２００は、モータジェネレータ１００の回転子の回転角度を検出して制御装置８３０へ出力する。ここで、制御装置８３０への出力は、配線１３，１４およびコネクタ１０を介して行なわれる。

制御装置８３０は、モータジェネレータ１００の回転子の回転角度を、モータトルク指令値、モータジェネレータ１００の各相電流値、およびインバータ８２０の入力電圧に基づいてモータジェネレータ１００の各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ８２０へ出力する。

また、制御装置８３０は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ８２０の入力電圧を最適にするためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してコンバータ８１０へ出力する。

さらに、制御装置８３０は、モータジェネレータ１００によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ９００を充電するため、コンバータ８１０およびインバータ８２０におけるパワートランジスタＱ１〜Ｑ８のスイッチング動作を制御する。

このＣＰＵ８００においては、コンバータ８１０は、制御装置８３０からの制御信号に基づいて、バッテリ９００から受ける直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２に供給する。そして、インバータ８２０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１００へ出力する。

また、インバータ８２０は、モータジェネレータ１００の回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ２へ出力する。そして、コンバータ８１０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリ９００を充電する。

図３は、この発明に従ったバッテリの搭載構造の平面図である。図４は、図３中の矢印ＩＶで示す方向から見た側面図である。図３および図４を参照して、バッテリ保持構造９０５は、バッテリ９００と、バッテリ９００とベース部材９１０との間に介在してバッテリ９００をベース部材９１０に保持する第一および第二保持具９０１，９０２とを備える。発熱源である排気管９３０に近い第一保持具９０１がバッテリ９００に接触する第一面積Ｓ１は排気管９３０から遠い第二保持具９０２がバッテリ９００に接触する第二面積Ｓ２よりも大きい。

また、バッテリ保持構造９０５は、第一保持具９０１と第二保持具９０２との間に設けられた第三保持具９０３をさらに備える。第三保持具９０３がバッテリ９００と接触する第三面積Ｓ３は上述の第一面積Ｓ１よりも大きい。

第一保持具９０１と第三保持具９０３との間および第二保持具９０２と第三保持具９０３との間には冷却風通路９２１，９２２が設けられている。冷却風通路９２１および冷却風通路９２２の延びる方向は車両の進行方向であり、ベース部材９１０は車両の一部分である。

第一保持具９０１から第三保持具９０３上には、バッテリ９００に接触する温度センサ９１１，９１２，９１３が設けられている。

バッテリ９００近傍には、排気管９３０が設けられている。排気管９３０は発熱源であり排気管９３０に近付けば近付くほど空気の温度が高くなる。

なお、発熱源が排気管９３０だけでなく、発熱源は熱を発する他のもの、たとえばモータ、エンジンなどであってもよい。また、エンジンは直列４気筒型のエンジンだけでなく、さらに多くまたは少ないピストン数のエンジンで、シリンダブロックの形状も直列型だけでなく、Ｖ型、Ｗ型、水平対向型などのさまざまなものを採用することが可能である。

また、モータジェネレータが発熱源であってもよい。
バッテリ９００横には、箱体９２０が設けられている。箱体９２０は、コンバータ、インバータまたはコンデンサなどを収納する構造体である。

図３で示すように、第一保持具９０１、第二保持具９０２および第三保持具９０３は一方向に延びており、その上に電池パックとしてのバッテリ９００が配置される。

バッテリ９００横に箱体９２０が設けられ、箱体９２０には、インバータ、コンバータまたはリレーなどが設けられる。

バッテリ９００内には複数のバッテリモジュール９０９が収納され、複数のバッテリモジュール９０９の各々が接続されている。バッテリモジュール９０９上に第一温度センサ９１１、第二温度センサ９１２および第三温度センサ９１３が設けられる。第一温度センサ９１１は第一保持具９０１上のバッテリ９００に設けられる。第二温度センサ９１２は第二保持具９０２上のバッテリ９００上に設けられる。第三温度センサ９１３は第三保持具９０３上のバッテリ９００にも受けられる。

第一保持具９０１の幅はＷ１であり、第二保持具９０２の幅はＷ２であり、第三保持具９０３の幅はＷ３であり、大きい順にＷ３、Ｗ１およびＷ２となる。

矢印９５０で示す方向が車両の前後方向または左右方向のいずれであってもよい。矢印９５０で示す方向が車両の前後方向である場合、冷却風通路９２１，９２２が延びる方向は車両の前後方向である。このため、矢印９５０で示す方向に車両が加速または減速した場合には、冷却風通路９２１，９２２内に存在する冷媒としての空気は、冷却風通路９２１，９２２内を通過する。その結果、冷却が促進される。

また、冷却を促進するために、バッテリ９００を室内に設け、室内におけるエアコン吹出口と冷却風通路９２１，９２２を接続して冷却風通路９２１，９２２に冷たい空気を導入してもよい。

また、冷却風通路９２１，９２２に冷却風を導くための送風機が設けられていてもよい。

図５は、図４中の矢印Ｖ−Ｖ線に沿った断面図である。図５を参照して、バッテリ９００下に設けられる第三保持具９０３は、一部においてベース部材９１０と接触する。ベース部材９１０は車両のフロアパネルまたはフレームなどの部材である。ベース部材９１０とバッテリ９００との間には空間が設けられ、この空間内に他の電気部品を収納してもよい。また、送風のための送風ファンをこの空間に設けてもよい。

図６は、第一保持具９０１、第二保持具９０２および第三保持具９０３での温度変化を示すグラフである。図６で示すように、車両を長期間放置した後、走行放置および走行を繰返したとしても、この実施の形態に従ったバッテリ９００の温度は、第一保持具９０１、第二保持具９０２および第三保持具９０３でほぼ等しくなる。これは、発熱量を考慮し、冷却部材としての第一保持具９０１，第二保持具９０２，第三保持具９０３を配置している。

図７は、比較例に従った電池の保持構造の平面図である。図８は、図７中の矢印ＶＩＩＩで示す方向から見た側面図である。図９は電池の温度ばらつきを示すための図である。図７および８を参照して、この例に従ったような取付ステーとしての第一保持具９０１から第三保持具９０３の幅が狭いと、第一保持具９０１から第三保持具９０３からの放熱が少なくなる。そのため、発熱源に近い部分および熱がこもりやすい部分の温度が上昇する。図９は図７および図８に従った電池の温度を示す図である。図９を参照して、第一ブラケット９０上で第一温度センサ９１１、別のブラケット上での第二温度センサ９１２および第三温度センサ９１３の温度を比較すると、中心に位置する第三温度センサ９１３の温度が一番高く、その次に排気熱源に近い第一温度センサ９１１での温度が高くなる。このように、温度分布にばらつきが生じると検出センサの個数が増えるため経済性が悪化する。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、冷却風通路の数は、図で示した２つに限られず、１つ以上の冷却風通路が設けられていればよい。また、第三保持具は必ずしも必要ではない。

この発明に従った電池を適用した自動車は制御部と、この発明に従った電池と、駆動部とを備える。制御部は電池および駆動部を制御する。駆動部は電池から供給される電流によって駆動するモータなどの電動機を備える。なお、駆動部は電動機以外にガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関を備えていてもよい。すなわち、自動車としては、電池から供給される電流によって駆動するモータなどの電動機のみを駆動源とする電気自動車のみならず、駆動源としてガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンなどの電動機以外の駆動手段を備えた、いわゆるハイブリッドカーも含まれる。

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。

本発明の１つの実施の形態に係る発熱素子を含む駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。 ＰＣＵ８００の主要部の構成を示す回路図である。 この発明に従ったバッテリの搭載構造の平面図である。 図３中の矢印ＩＶで示す方向から見た側面図である。 図４中の矢印Ｖ−Ｖ線に沿った断面図である。 第一保持具９０１、第二保持具９０２および第三保持具９０３での温度変化を示すグラフである。 比較例に従った電池の保持構造の平面図である。 図７中の矢印ＶＩＩＩで示す方向から見た側面図である。 電池の温度ばらつきを示すための図である。

符号の説明

９００ バッテリ、９０１ 第一保持具、９０２ 第二保持具、９０３ 第三保持具、９０５ 電池の保持構造、９１１ 第一温度センサ、９１２ 第二温度センサ、９１３ 第三温度センサ、９２１，９２２ 冷却風通路。

Claims (5)

1. バッテリと、
   前記バッテリとベース部材との間に介在して前記バッテリを前記ベース部材に保持する第一および第二保持具とを備え、
   発熱源に近い第一保持具が前記バッテリに接触する第一面積Ｓ１は、発熱源から遠い前記第二保持具が前記バッテリに接触する第二面積Ｓ２よりも大きい、バッテリの保持構造。
2. 前記第一保持具と前記第二保持具との間に設けられた第三保持具をさらに備え、前記第三保持具が前記バッテリに接触する第三面積Ｓ３は、前記第一面積Ｓ１より大きい、請求項１に記載のバッテリの保持構造。
3. 前記第一から第三保持具は前記ベース部材と前記バッテリとの間に隙間を形成し、前記第一保持具と前記第三保持具との間および前記第二保持具と前記第三保持具との間には冷却風通路が形成されている、請求項２に記載のバッテリの保持構造。
4. 前記ベース部材は車両の一部分であり、前記冷却風通路の延びる方向は車両の進行方向である、請求項３に記載のバッテリの保持構造。
5. 前記第一から第三保持具上にはバッテリと接触する温度センサが設けられている、請求項２から４のいずれか１項に記載のバッテリの保持構造。

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