JP2009238389A

JP2009238389A - 車両用の電源装置

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Publication number: JP2009238389A
Application number: JP2008079190A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Wakabayashi; 亮伸若林
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: JP5042096B2

Abstract

【課題】重い電池を強固な取り付け構造で固定しながら、冷却プレートで電池を効率よく速やかに冷却する。
【解決手段】車両用の電源装置は、内部に冷媒を循環して冷媒の気化熱で強制冷却する熱交換器４を内蔵してなる冷却プレート３と、この冷却プレート３の上に固定されると共に、複数の電池１を接続してなる電池ブロック２と、冷却プレート３を固定しているフレーム構造体５とを備え、冷却プレート３で電池ブロック２を強制冷却している。電源装置は、冷却プレート３とフレーム構造体５との対向面に、断熱隙間６と固定凸部７を設けて、固定凸部７を介して冷却プレート３をフレーム構造体５に固定して、断熱隙間６で冷却プレート３とフレーム構造体５とを断熱している。
【選択図】図３

Description

本発明は、主としてハイブリッドカーなどの電動車両に使用される電源装置に関し、とくに、車両に搭載されるコンプレッサから供給される冷媒の気化熱で電池を強制冷却する電源装置に関する。

ハイブリッドカーなどに搭載される電源装置は、大電流で充放電されて発熱する電池を強制的に冷却する必要がある。電池の温度上昇が電池の電気特性を低下させるばかりでなく、電池の寿命を短くし、さらに安全性を阻害する原因となるからである。従来の車両用の電源装置は、空気を強制送風して電池を冷却している。ただ、この構造は、比熱の小さい空気を介して電池を冷却することから、多量の空気を速い流速で強制送風する必要がある。このため、騒音が発生し、また急激に加熱される電池を速やかに冷却するのが難しい。

この欠点は、特許文献１に記載されるように、液体を循環する冷却パイプで冷却プレートを冷却し、この冷却プレートの上に電池を載せて冷却する構造で解消できる。
実用新案登録第２５５９７１９号公報

特許文献１の冷却構造は、冷却プレートに電池を載せて断熱容器に収納している。この構造は、冷却プレートを外部と断熱して電池を効率よく冷却しながら、重い電池を強固な構造で断熱容器に固定するのが難しい。

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、重い電池を強固な取り付け構造で固定しながら、冷却プレートで電池を効率よく速やかに冷却できる車両用の電源装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の車両用の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
車両用の電源装置は、内部に冷媒を循環して冷媒の気化熱で強制冷却する熱交換器４を内蔵してなる冷却プレート３と、この冷却プレート３の上に固定されると共に、複数の電池１を接続してなる電池ブロック２と、冷却プレート３を固定しているフレーム構造体５とを備え、冷却プレート３で電池ブロック２を強制冷却している。電源装置は、冷却プレート３とフレーム構造体５との対向面に、断熱隙間６と固定凸部７を設けて、固定凸部７を介して冷却プレート３をフレーム構造体５に固定して、断熱隙間６で冷却プレート３とフレーム構造体５とを断熱している。

以上の車両用の電源装置は、重い電池を強固な取り付け構造でフレーム構造体に固定しながら、冷却プレートで電池を効率よく速やかに冷却できる。それは、冷却プレートを固定凸部を介して局部的にフレーム構造体に固定しながら、冷却プレートとフレーム構造体との間に断熱隙間を設けて断熱しているからである。

本発明の請求項２の車両用の電源装置は、冷却プレート３の下面に複数列の細長い固定凸部７を設けており、この固定凸部７をフレーム構造体５に固定している。この電源装置は、固定凸部で冷却プレートを補強しながらフレーム構造体に固定できる。

本発明の請求項３の車両用の電源装置は、フレーム構造体５が、冷却プレート３を上面に固定しているベースプレート３０と、このベースプレート３０を固定しているラダーフレーム３１とを備えている。ラダーフレーム３１は、ベースプレート３０を固定している複数列のマウントフレーム３４と、このマウントフレーム３４の両端部を固定している吊下フレーム３３とを備えている。このフレーム構造体５は、ベースプレート３０と吊下フレーム３３との間に非接触隙間３５を設けており、マウントフレーム３４を介してベースプレート３０を吊下フレーム３３に連結している。この電源装置は、冷却プレートとベースプレートとを局部的に狭い領域で連結し、さらに、ベースプレートを直接に吊下フレームに連結することなく、マウントフレームを介して連結することから、冷却プレートとベースプレートとの間の熱伝導と、ベースプレートと吊下フレームとの熱伝導を制限して、冷却プレートで電池を効率よく速やかに冷却できる。それは、冷却プレートがベースプレートを冷却する領域が狭く制限され、さらにベースプレートが吊下フレームを連結する領域を狭く制限するからである。さらに、この電源装置は、ベースプレートを強固にラダーフレームで支持して、冷却プレートを強固なフレーム構造体に固定できる。

本発明の請求項４の車両用の電源装置は、マウントフレーム３４の位置に固定凸部７を配設して、マウントフレーム３４の位置で冷却プレート３をベースプレート３０に固定している。この電源装置は、冷却プレートを強固な構造でラダーフレームに固定できる。それは、吊下フレームに固定しているマウントフレームの位置でベースプレートを冷却プレートに固定しているからである。

本発明の請求項５の車両用の電源装置は、冷却プレート３の下面に固定凸部７を設けており、ベースプレート３０が固定凸部７の両側に突出する補強リブ３０ａを有すると共に、補強リブ３０ａの下面にマウントフレーム３４の両側を溶接して固定している。この構造の電源装置は、マウントフレームとベースプレートとを強固に連結できると共に、マウントフレームがベースプレートを介して強固に冷却プレートを支持できる。

本発明の請求項６の車両用の電源装置は、ベースプレート３０が、外周に周壁３０ｅを有すると共に、上下に貫通する排出口３０ｃを有しており、さらに、ベースプレート３０を、排出口３０ｃに向かって下り勾配の排水溝３０ｄを有する形状に加工している。この電源装置は、周壁と排水溝でベースプレートを補強しながら、電池から排出される電解液や、電池や冷却プレートの表面に付着した結露水などを排出口から外部に排出できる。

本発明の請求項７の車両用の電源装置は、吊下フレーム３３の両端部に上方に伸びる吊下部３３Ａを有し、吊下部３３Ａの上端を、車両に固定されるシャーシフレーム３２に固定している。この電源装置は、ラダーフレームで強固に冷却プレートと電池ブロックを支持しながら、吊下フレームを局部的に車両に連結することで、吊下フレームと車両との熱伝導を少なくできる。このため、ラダーフレームと車両との熱伝導を制限して、ラダーフレームからの無駄な熱伝導を少なくして、冷却プレートの冷却効率を向上できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用の電源装置を例示するものであって、本発明は車両用の電源装置を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１の概略分解斜視図に示す車両用の電源装置の詳細図を図２ないし図５に示している。これ等の図に示す電源装置は、内部に冷媒を循環して冷媒の気化熱で強制冷却する熱交換器４を内蔵してなる冷却プレート３と、この冷却プレート３の上に固定されると共に複数の電池１を接続してなる電池ブロック２と、冷却プレート３を固定しているフレーム構造体５とを備える。この電源装置は、冷却プレート３で電池ブロック２を底面から強制的に冷却する。

冷却プレート３は、上面板１１と底板１２を周囲で連結して内部を閉鎖室１０としている。この閉鎖室１０に、熱交換器４として、液化された冷媒を循環させる銅やアルミなどの熱交換パイプ１３を内蔵している。熱交換パイプ１３は、冷却プレート３の上面板１１に密着するように固定されて上面板１１を冷却し、底板１２との間には断熱材（図示せず）を配設して、底板１２との間を断熱している。

熱交換パイプ１３は、供給される液状の冷媒を内部で気化させて、気化熱で上面板１１を冷却する。この熱交換パイプ１３は、図１に示すように、膨張弁１４を介して、車両に搭載されるコンデンサ１５に連結され、膨張弁１４を介してコンデンサ１５から液化された冷媒が供給される。膨張弁１４は、熱交換パイプ１３に供給する冷媒量を調整して、冷媒を断熱膨張させる。冷媒の供給量は、冷却プレート３の熱交換パイプ１３で、供給される冷媒を完全に気化させて排出する量に制御される。コンデンサ１５は、コンプレッサ１６から供給される気体状の冷媒を冷却して液化させる。コンデンサ１５は、冷媒の熱を放熱して液化させるので、車両に設けたラジエータの近傍に配設される。コンプレッサ１６は、車両のエンジンで駆動され、あるいはモータに駆動されて、熱交換パイプ１３から排出される気体状の冷媒を加圧してコンデンサ１５に供給する。この冷却システムは、コンプレッサ１６で加圧された冷媒をコンデンサ１５で冷却して液化し、液化された冷媒を冷却プレート３に供給し、冷却プレート３の熱交換パイプ１３の内部で冷媒を気化させて気化熱で上面板１１を冷却する。図１の冷却システムは、バイパス弁１７を介して、車両に搭載している車内冷房用のコンデンサ１５の排出側に膨張弁１４を連結している。この冷却システムは、電池１の温度が設定温度よりも高くなると、バイパス弁１７を開いて冷却プレート３に冷媒を供給し、冷却プレート３で電池１を冷却する。電池１が冷却されて設定温度よりも低くなると、バイパス弁１７を閉じて冷却プレート３の冷却を停止する。

図１と図２に示す電源装置は、冷却プレート３を細長い四角形として、この上に２組の電池ブロック２を並べて固定している。電池ブロック２を図５の斜視図に示している。この電池ブロック２は、複数の角形電池１を、垂直姿勢で水平面内で積層するように２列に並べて底面を平面状としている。角形電池１は、金属板からなるバスバー（図示せず）を介して直列に接続している。さらに、電池ブロック２は、積層している電池１の両端面を一対のエンドプレート２０で挟着して、電池１を積層状態に固定している。一対のエンドプレート２０は、両端を連結金具２１で連結して積層状態の電池１を固定している。

この電池ブロック２は、冷却プレート３の上面に固定されて、各々の角形電池１を密着状態に固定する。角形電池１は、外装缶をアルミなどの金属としている。金属製の外装缶は熱伝導がよく、底面を冷却プレート３の表面に密着するように固定して、底面から全体を均一に冷却できる。角形電池１は、リチウムイオン電池である。ただし、電池には、リチウムイオン電池に代わって、ニッケル水素電池などの充電できる全ての電池とすることができる。

フレーム構造体５は、冷却プレート３との対向面に、断熱隙間６と固定凸部７を設けて、固定凸部７を介して冷却プレート３をフレーム構造体５に固定して、断熱隙間６でもって、冷却プレート３とフレーム構造体５とを断熱している。図１の電源装置は、冷却プレート３の下面に３列の細長い固定凸部７を設けて、この固定凸部７をフレーム構造体５のベースプレート３０に固定している。固定凸部は、冷却プレートの下面に、断面形状を四角形とする金属ロッドを固定して設けることができ、また、冷却プレートの底板を固定凸部ができるようにプレス加工して設けることができる。図の電源装置は、冷却プレート３に固定凸部７を設けているが、本発明の電源装置は、冷却プレートに固定凸部を設けるのでなく、フレーム構造体に固定凸部を設けて、これを冷却プレートに固定して、断熱隙間ができるように、冷却プレートをフレーム構造体に固定することもできる。

図１のフレーム構造体５は、冷却プレート３を上面に固定するベースプレート３０と、このベースプレート３０を固定しているラダーフレーム３１と、このラダーフレーム３１を固定しているシャーシフレーム３２とを備える。

ベースプレート３０は、鉄や鉄合金、あるいはアルミニウムやアルミニウム合金などの金属板をプレス加工して製作される。このベースプレート３０は、冷却プレート３の下面に設けている複数列（図１において３列）の固定凸部７を、上面に固定している。さらに、ベースプレート３０は、上下に貫通する排出口３０ｃを設けて、この排出口３０ｃに向かって下り勾配の排水溝３０ｄを有する形状にプレス加工している。この形状のベースプレート３０は、外周の周壁３０ｅと、排水溝３０ｄを設けるための溝加工によって、曲げ強度を向上しながら、冷却プレート３から流下する電解液や結露水などを排出口３０ｃから外部に排出できる。

ベースプレート３０は、図４の一部拡大図に示すように、その幅を吊下フレーム３３の間隔よりも狭くして、両側を吊下フレーム３３に接触しない形状として、吊下フレーム３３との間に非接触隙間３５を設けている。このベースプレート３０は、吊下フレーム３３との間に非接触隙間３５を設けて、吊下フレーム３３との熱伝導を制限している。ベースプレート３０は、吊下フレーム３３に直接に連結されず、マウントフレーム３４を介して吊下フレーム３３に連結している。

図３は、冷却プレート３をベースプレート３０に固定する部分を示している。この図のベースプレート３０は、冷却プレート３の下面に設けている固定凸部７の両側に上に突出する補強リブ３０ａを設けており、一対の補強リブ３０ａの間に固定凸部７を固定している。この取り付け構造は、ベースプレート３０における、固定凸部７の固定部３０ｆを補強リブ３０ａで補強して固定できる。したがって、ベースプレート３０は、固定凸部７を固定する固定部３０ｆの強度を向上できる。補強リブ３０ａは、図３に示すように、上面を冷却プレート３から離す高さとして、冷却プレート３との熱伝導を少なくでき、また、上面を冷却プレートの下面に接触させて、ベースプレートが冷却プレートを支持する強度を向上できる。

ベースプレート３０は、冷却プレート３の外形よりも大きな細長い長方形であって、その外周に周壁３０ｅを設けている。細長い長方形のベースプレート３０は、両端部と中間部に３列の固定凸部７を固定している。固定凸部７は、細長いベースプレート３０の長手方向に直交する姿勢でベースプレート３０に固定している。

ラダーフレーム３１は、ベースプレート３０を固定している複数列のマウントフレーム３４と、このマウントフレーム３４の両端部を固定している吊下フレーム３３とを備える。図のラダーフレーム３１は、３列のマウントフレーム３４を吊下フレーム３３に連結している。マウントフレーム３４は、両端を吊下フレーム３３に、溶接などの方法で固定している。マウントフレーム３４は、固定凸部７の位置に配設されて、言い換えると、マウントフレーム３４の位置に固定凸部７を配設して、マウントフレーム３４の位置で冷却プレート３をベースプレート３０に固定している。したがって、マウントフレーム３４は、吊下フレーム３３の両端部と中間部とで吊下フレーム３３に固定している。マウントフレーム３４は、金属板を溝型にプレス加工したもので、その両側に位置する溝の開口縁に沿って外側に折曲している折曲片３４ａを設けている。折曲片３４ａは、上に突出するようにベースプレート３０に設けた補強リブ３０ａの下面にできるリブ溝３０ｂに案内されて、ベースプレート３０に溶接して固定される。

金属板を溝型にプレス加工しているマウントフレーム３４は、折曲片３４ａのみでベースプレート３０に接触して固定され、両側の折曲片３４ａの間はベースプレート３０から下方に離されて、非接触状態としている。このため、溝型のマウントフレーム３４は、溝の深さを補強リブ３０ａの突出高さよりも深くしている。この構造のマウントフレーム３４は、ベースプレート３０との接触面積を狭くして、ベースプレート３０との熱伝導を少なく制限できる。また、両側の折曲片３４ａでベースプレート３０の補強リブ３０ａの下面を支持するので、ベースプレート３０をしっかりと強固に支持できる特徴がある。

マウントフレーム３４は、ベースプレート３０に固定凸部７を固定する止ネジ３６を挿通する貫通孔３４ｂを設けている。この貫通孔３４ｂは、止ネジ３６のネジ頭よりも大きく、ネジ頭を貫通孔３４ｂに入れてネジ頭を回転できるようにしている。止ネジ３６は、ベースプレート３０を貫通して、固定凸部７に設けている雌ネジ孔（図示せず）にねじ込まれて、ベースプレート３０を冷却プレート３に固定する。

吊下フレーム３３は２本の金属パイプで、両端部に上方に伸びる吊下部３３Ａを有する形状に加工して、吊下部３３Ａの上端を、溶接して車両に固定されるシャーシフレーム３２に固定している。図のラダーフレーム３１は、２本の吊下フレーム３３を、マウントフレーム３４の両端を固定できる幅に配設して、両端をシャーシフレーム３２に固定している。

本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の概略分解斜視図である。本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の底面斜視図である。図２に示す車両用の電源装置の要部拡大断面斜視図である。図２に示す車両用の電源装置の一部拡大横断面図である。電池ブロックの斜視図である。

符号の説明

１…電池
２…電池ブロック
３…冷却プレート
４…熱交換器
５…フレーム構造体
６…断熱隙間
７…固定凸部
１０…閉鎖室
１１…上面板
１２…底板
１３…熱交換パイプ
１４…膨張弁
１５…コンデンサ
１６…コンプレッサ
１７…バイパス弁
２０…エンドプレート
２１…連結金具
３０…ベースプレート３０ａ…補強リブ
３０ｂ…リブ溝
３０ｃ…排出口
３０ｄ…排水溝
３０ｅ…周壁
３０ｆ…固定部
３１…ラダーフレーム
３２…シャーシフレーム
３３…吊下フレーム３３Ａ…吊下部
３４…マウントフレーム３４ａ…折曲片
３４ｂ…貫通孔
３５…非接触隙間
３６…止ネジ

Claims

内部に冷媒を循環して冷媒の気化熱で強制冷却する熱交換器(4)を内蔵してなる冷却プレート(3)と、この冷却プレート(3)の上に固定されると共に複数の電池(1)を接続してなる電池ブロック(2)と、前記冷却プレート(3)を固定しているフレーム構造体(5)とを備え、前記冷却プレート(3)で前記電池ブロック(2)を強制冷却するようにしてなる車両用の電源装置であって、
前記冷却プレート(3)とフレーム構造体(5)との対向面に、断熱隙間(6)と固定凸部(7)を設けて、固定凸部(7)を介して冷却プレート(3)をフレーム構造体(5)に固定して、断熱隙間(6)で冷却プレート(3)とフレーム構造体(5)とを断熱してなる車両用の電源装置。
前記冷却プレート(3)の下面に複数列の細長い固定凸部(7)を設けており、この固定凸部(7)を前記フレーム構造体(5)に固定している請求項１に記載される車両用の電源装置。
前記フレーム構造体(5)が、冷却プレート(3)を上面に固定しているベースプレート(30)と、このベースプレート(30)を固定しているラダーフレーム(31)とを備え、ラダーフレーム(31)がベースプレート(30)を固定している複数列のマウントフレーム(34)と、このマウントフレーム(34)の両端部を固定している吊下フレーム(33)とを備え、前記ベースプレート(30)が吊下フレーム(33)との間に非接触隙間(35)を設けてマウントフレーム(34)を介して吊下フレーム(33)に連結されてなる請求項１に記載される車両用の電源装置。
前記マウントフレーム(34)の位置に固定凸部(7)を配設して、マウントフレーム(34)の位置で冷却プレート(3)をベースプレート(30)に固定している請求項３に記載される車両用の電源装置。
前記冷却プレート(3)の下面に固定凸部(7)を設けており、前記ベースプレート(30)が固定凸部(7)の両側に突出する補強リブ(30a)を有し、補強リブ(30a)の下面にマウントフレーム(34)の両側を溶接して固定している請求項３に記載される車両用の電源装置。
前記ベースプレート(30)が、外周に周壁(30e)を有すると共に、上下に貫通する排出口(30c)を有し、さらにこの排出口(30c)に向かって下り勾配の排水溝(30d)を有する形状に加工されてなる請求項３に記載される車両用の電源装置。
前記吊下フレーム(33)の両端部に上方に伸びる吊下部(33A)を有し、吊下部(33A)の上端を、車両に固定されるシャーシフレーム(32)に固定してなる請求項３に記載される車両用の電源装置。