JP2010173536A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載される電池パックの部品点数を低減できる蓄電装置を提供する。
【解決手段】複数の蓄電素子が電気的に接続された蓄電モジュール１０を有する。蓄電モジュールの収容スペースを、車両ボディのうち蓄電モジュールの底面と対向する部分４０と、車両ボディに固定され、蓄電モジュールのうち、底面以外の面を囲むケース２０とで形成している。蓄電モジュールを挟む位置で車両の左右方向に延びる第一および第二のクロスメンバ９１，９２を用いることができる。第一および第二のクロスメンバは、一部の領域が収容スペースに面し、蓄電モジュールへの空気の供給、排出を許容する吸気口および排気口を有している。車両ボディの一部を用いて、蓄電モジュールの収容スペースを形成しているため、蓄電装置の部品点数を減らすことができ、従来の電池パックで用いられているロアーケースを省略することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、複数の蓄電素子を備え、車両に搭載される蓄電装置に関するものである。

電池パックが搭載された車両では、電池パックの出力を車両の走行エネルギとして用いたり、車両の制動時に発生する運動エネルギを回生電力として電池パックに蓄えたりしている。ここで、電池パックは、複数の単電池（二次電池）が電気的に直列に接続された電池モジュールと、電池モジュールを収容するケースとで構成されている。そして、ケースはアッパーケースおよびロアーケースで構成されており、電池モジュールをアッパーケースおよびロアーケースで覆うようにしている。

特開２００４−２４３８８２号公報（段落００３６、図４） 特開２００７−２３７７７９号公報（段落００１７，００１８） 特開２００７−１６６７２８号公報（段落００１２，００１６） 特開２００１−１３８７５３号公報（段落００４０，００４３）

上述した電池パックを車両に搭載する構造では、電池パックの部品点数を低減できる余地がある。

そこで、本発明の目的は、車両に搭載される蓄電装置において、部品点数を低減することができる蓄電装置を提供することにある。

本発明は、車両に搭載される蓄電装置であって、複数の蓄電素子が電気的に接続された蓄電モジュールを有する。そして、蓄電モジュールの収容スペースを、車両ボディのうち蓄電モジュールの底面と対向する部分と、車両ボディに固定され、蓄電モジュールのうち、底面以外の面を囲むケースとで形成している。

ここで、車両ボディとして、ケースが固定され、蓄電モジュールを挟む位置で車両の左右方向に延びる第１および第２のクロスメンバを用いることができる。この場合において、第１のクロスメンバは、一部の領域が収容スペースに面し、蓄電モジュールへの空気の供給を許容する吸気口を有している。また、第２のクロスメンバは、一部の領域が収容スペースに面し、蓄電モジュールからの空気の排出を許容する排気口を有している。そして、第１又は第２のクロスメンバの内側に、吸気口から排気口に向かって空気を流動させるためのファンを配置している。

本発明によれば、車両ボディの一部を用いて、蓄電モジュールの収容スペースを形成しているため、蓄電装置の部品点数を減らすことができる。すなわち、従来の電池パックで用いられているロアーケースを省略することができる。

本発明の実施例１である電池パックの構成を示す分解斜視図である。 実施例１の電池パックの構成を示す外観図である。 実施例１において、電池パックの温度調節構造を示す概略図である。 実施例１の変形例において、電池パックの温度調節構造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構成を示す分解斜視図である。 実施例２の電池パックの構成を示す外観図である。

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である電池パックについて、図１および図２を用いて説明する。ここで、図１は、電池パックの構成を示す分解斜視図であり、図２は、組立後の電池パックの構成を示す外観図である。本実施例の電池パック１は、車両に搭載されるものであり、車両の走行に用いられるエネルギを出力（放電）したり、車両の制動時に発生する運動エネルギを回生電力として蓄えたりする。なお、車両の外部から電力を供給することにより、電池パック１を充電することもできる。

電池パック１は、複数の単電池１１が電気的に直列に接続された電池モジュール１０を有している。複数の単電池１１は、一方向に並んで配置されており、隣り合って配置された２つの単電池１１の間には、スペーサ（不図示）が設けられている。スペーサは、隣り合って配置された２つの単電池１１の間にスペースを設けるために用いられている。そして、単電池１１の間に形成されたスペースは、後述するように、空気が移動する通路として用いられる。

単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。

電池モジュール１０のうち、単電池１１の配列方向における両端には、一対のエンドプレート（不図示）が配置されており、一対のエンドプレートには、単電池１１の配列方向に延びる拘束ロッド（不図示）が接続されている。具体的には、拘束ロッドは、電池モジュール１０の上面および底面に沿って配置されている。これにより、一対のエンドプレートは、隣り合って配置された２つの単電池１１を互いに近づかせる力によって、複数の単電池１１を拘束することができる。

なお、本実施例では、エンドプレートおよび拘束ロッドを用いて、複数の単電池１１に対して拘束力を与えているが、これに限るものではなく、複数の単電池１１に拘束力を与えない構造とすることもできる。

ケース２０は、上面部２１と、上面部２１と接続されて互いに向かい合う２つの側面部２２と、側面部２２に接続されたフランジ部２３とを有している。ケース２０の上面部２１は、電池モジュール１０の上面と向かい合っており、各側面部２２は、電池モジュール１０（複数の単電池１１）の側面と向かい合っている。

電池モジュール１０は、ケース２０の各側面部２２に対して、複数の締結部材３０によって固定される。具体的には、電池モジュール１０を構成する各単電池１１が、締結部材３０によってケース２０の各側面部２２に固定されている。なお、図２では、２つの側面部２２のうち、一方の側面部２２だけを示しているが、他方の側面部２２に対しても締結部材３０によって電池モジュール１０が固定されている。

電池モジュール１０がケース２０に固定された状態において、電池モジュール１０の上面とケース２０の上面部２１との間には、スペースＳ１が形成されるようになっている。このスペースＳ１は、後述するように、電池モジュール１０の温度を調節するための空気が移動するスペース（具体的には、吸気通路）となる。また、電池モジュール１０の底面は、ケース２０のフランジ部２３と同一面内に位置するようになっている。

ケース２０のフランジ部２３は、締結部材３１によって車両ボディの一部であるフロアパネル４０に固定される。ここで、フロアパネル４０には、２つの凸部４１が設けられており、各凸部４１に対してケース２０の各フランジ部２３が固定されるようになっている。各凸部４１は、一方向（単電池１１の配列方向）に延びており、ケース２０のフランジ部２３を取り付けることができるようになっている。

フランジ部２３をフロアパネル４０の凸部４１に固定すると、電池モジュール１０の底面（一部）も凸部４１に接触する。これにより、電池モジュール１０の下方にもスペースＳ２が形成される。このスペースＳ２は、後述するように、電池モジュール１０の温度を調節するための空気が移動するスペース（具体的には、排気通路）となる。

車両における電池パック１の配置場所は、適宜設定することができる。例えば、車両のラゲージルームや、乗員の乗車するスペースに、電池パック１を配置することができる。乗員の乗車するスペースのうち、電池パック１を配置することができるスペースとしては、例えば、座席の下方に位置するスペースや、座席と隣り合って配置されたコンソールボックス内のスペースがある。

なお、本実施例では、電池モジュール１０をケース２０に固定しているが、これに限るものではない。例えば、フロアパネル４０の凸部４１に対して、電池モジュール１０の底面およびケース２０のフランジ部２３を固定することができる。ここで、本実施例のように、電池モジュール１０をケース２０に固定しておけば、電池モジュール１０およびケース２０を、車両に容易に搭載することができる。

また、本実施例では、フロアパネル４０の一部を曲げ形成することにより、凸部４１を形成しているが、これに限るものではない。具体的には、平坦面で構成されたフロアパネル４０にクロスメンバ（車両ボディの一部）が接続されていれば、ケース２０のフランジ部２３をクロスメンバに固定することができる。クロスメンバは、車両のフレーム構造において、車両の前後方向に延びるサイドメンバと接続され、車両の左右方向に延びるフレーム部材である。この構成でも、電池モジュール１０の下方に、空気の移動スペースを形成することができる。

さらに、凸部４１を設けることなく、平坦面で構成されたフロアパネル４０に、電池モジュール１０を配置することができる。具体的には、電池モジュール１０をケース２０に固定した状態において、フランジ部２３が電池モジュール１０の底面よりも下方に位置するようにしておけばよい。そして、フランジ部２３をフロアパネル３０に固定すれば、電池モジュール１０の底面をフロアパネル４０から離すことができ、電池モジュール１０の下方に空気の移動スペースを形成することができる。

次に、本実施例の電池パック１において、電池モジュール１０の温度を調節するための構造について、図３を用いて説明する。ここで、図３は、電池モジュール１０の温度調節構造を示す概略図である。なお、図３の点線で示す矢印は、空気の移動方向を示している。

電池パック１の上部には、ファン５０が配置されている。具体的には、ファン５０は、ケース２０の上面部２１に固定されている。ファン５０には、第１の吸気ダクト６１および第２の吸気ダクト６２が接続されている。第１の吸気ダクト６１は、一端に位置する開口部がファン５０に接続され、他端に位置する開口部が車室内に面している。ここで、車室とは、乗員が乗車するスペースである。

第２の吸気ダクト６２は、一端に位置する開口部がファン５０に接続され、他端に位置する開口部が、ケース２０の上面部に接続されている。そして、第２の吸気ダクト６２からの空気は、電池モジュール１０の上方に形成されたスペースＳ１に導かれるようになっている。なお、電池モジュール１０のうち単電池１１の配列方向における両端面と向かい合う位置には、カバー２４が配置されており、カバー２４は、ケース２０に固定されている。

一方、電池パック１の下部には、排気ダクト７０が接続されている。排気ダクト７０は、一端に位置する開口部がフロアパネル４０に接続され、他端に位置する開口部が車両の外面に位置している。排気ダクト７０には、電池モジュール１０の下方に形成されたスペースＳ２からの空気が移動するようになっている。

上述した温度調節構造において、ファン５０を駆動すると、車室内の空気が第１の吸気ダクト６１に取り込まれ、第２の吸気ダクト６２を通過して電池パック１に導かれる。ここで、第２の吸気ダクト６２からの空気は、電池モジュール１０の上方に位置するスペースＳ１に移動し、隣り合って配置された２つの単電池１１の間を通過する。このとき、空気が単電池１１と接触することにより、空気および単電池１１の間で熱交換が行われ、熱交換後の空気は、電池モジュール１０の下方に位置するスペースＳ２に移動する。そして、熱交換後の空気は、排気ダクト７０を通過して、車両の外部に排出される。

ここで、単電池１１が充放電等によって発熱している場合には、冷却用の空気を単電池１１と接触させることにより、単電池１１の温度上昇を抑制することができる。また、単電池１１が過度に冷却される場合には、加温用の空気を単電池１１と接触させることにより、単電池１１の温度低下を抑制することができる。

なお、電池モジュール１０の温度を調節するための構造としては、図３に示す構造に限るものではない。例えば、図４に示す構造を用いることができる。ここで、図３で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いている。なお、図４の点線で示す矢印は、空気の移動方向を示している。

図４に示す構造では、ファン５０を駆動することにより、電池モジュール１０の下方に位置するスペースに、車室内の空気を供給している。そして、電池モジュール１０の下方に導かれた空気は、隣り合って配置された２つの単電池１１の間を通過して、電池モジュール１０の上方に位置するスペースに移動する。ここで、空気が単電池１１と接触することにより、空気および単電池１１の間で熱交換が行われ、単電池１１の温度を調節することができる。電池モジュール１０の上方スペースに移動した空気は、排気ダクト７０を介して、車両の外部に排出される。

なお、図３および図４で説明した温度調節構造では、電池パック１における一側面に吸気ダクトおよび排気ダクトを接続しているが、これに限るものではない。電池パック１に温度調節用の空気を供給するとともに、熱交換後の空気を電池パック１から排出させることができればよい。例えば、電池パック１のうち、互いに向かい合う２つの側面（２つのカバー２４が設けられた面）に対して、吸気ダクトおよび排気ダクトをそれぞれ接続することができる。

また、図３および図４に示す温度調節構造では、電池パック１に導かれる空気の通路（吸気通路）上に、ファン５０を配置しているが、これに限るものではない。具体的には、電池パック１から排出される空気の通路（排気通路）上に、ファン５０を配置することができる。この場合であっても、ファン５０を駆動することにより、図３又は図４で説明したように空気を流動させることができる。

さらに、本実施例では、空気を電池モジュール１０に供給することにより、電池モジュール１０の温度を調節しているが、これに限るものではない。例えば、電池モジュール１０を収容するスペースを密閉状態としておき、このスペースに液体を充填させておくことができる。この場合には、液体が、ケース２０の内壁面やフロアパネル４０の上面に接触することになる。そして、液体としては、例えば、絶縁性を有する液体を用いることができ、より具体的には、絶縁油、シリコーンオイル、フッ素系不活性液体、脂肪酸エステルを用いることができる。

上述した液体を用いた場合において、電池モジュール１０が発熱すれば、この熱を液体に伝達させ、ケース２０やフロアパネル４０を介して外部に放出させることができる。これにより、電池モジュール１０の温度上昇を抑制することができる。また、電池モジュール１０が過度に冷えているような場合には、例えば、ケース２０に熱を与えることにより、この熱を、液体を介して電池モジュール１０に伝達することができ、電池モジュール１０の温度低下を抑制することができる。

ここで、液体を用いる場合には、本実施例のように、電池モジュール１０の上方および下方にスペースを形成する必要がない。ただし、ファン等を用いて、電池パック内で液体を強制的に循環させる場合には、本実施例と同様に、電池モジュール１０の周囲にスペースを設けて、液体の循環経路を確保することができる。

本実施例によれば、フロアパネル４０に対して、車両ボディとしての本来の機能を持たせるとともに、電池パック１のロアーケースとしての機能を持たせている。すなわち、フロアパネル４０における一部の領域およびケース２０を用いて、電池モジュール１０を収容するためのスペースを形成している。

これにより、電池パック１のロアーケースを省略することができ、電池パック１の重量、ひいては、電池パック１が搭載された車両の重量を軽減することができる。しかも、ロアーケースを省略することで、電池パック１の部品点数を減らして、コストを低減することができるとともに、電池パック１が配置されるスペースを小さくすることができる。

電池パック１の配置スペースを小さくできれば、車両内のスペースを効率良く利用することができる。例えば、電池パック１を車両のラゲージルームに配置する場合には、ラゲージルームとして使用できるスペース（荷物等を収容するスペース）を増加させることができる。また、電池パック１を座席の下方に配置する場合には、座席の下方に形成されたスペースを効率良く利用して、電池パック１を配置することができる。さらに、コンソールボックス内に電池パック１を配置する場合には、コンソールボックスを小型化したり、コンソールボックスのサイズを変更せずに、コンソールボックスに設けられる収納スペースを大型化したりすることができる。

次に、本発明の実施例２である電池パックについて、図５および図６を用いて説明する。ここで、図５は、電池パックの構成を示す分解斜視図であり、図６は、電池パックの構成を示す外観図である。なお、実施例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。また、図５および図６に示す矢印は、空気の移動方向を示している。

本実施例の電池パック１でも、実施例１と同様に、車両ボディの一部およびケース２０によって、電池モジュール１０を収容するためのスペースを形成している。これにより、実施例１で説明したように、電池パック１の部品点数を低減することができる。一方、本実施例では、実施例１と異なる構成において、電池モジュール１０の温度を調節するようにしている。以下、具体的に説明する。

電池モジュール１０の底面には、金属といった熱伝導性に優れた材料で形成された熱伝達部材８０が設けられている。熱伝達部材８０の上面は、電池モジュール１０に接触しており、熱伝達部材８０の底部には、複数のフィン８１が形成されている。各フィン８１は、ケース２０における一方のフランジ部２３から他方のフランジ部２３に向かって延びている。また、複数のフィン８１は、単電池１１の配列方向において並んで設けられている。

フロアパネル４０には、第１および第２のクロスメンバ９１，９２が接続されており、各クロスメンバ９１，９２およびフロアパネル４０は、閉断面の構造を有している。第１のクロスメンバ９１およびフロアパネル４０によって囲まれたスペース（閉断面構造の内部）には、ファン１００が配置されている。ファン１００としては、例えば、公知の構成のクロスフローファンを用いることができる。第１のクロスメンバ９１およびフロアパネル４０によって囲まれたデッドスペースを用いてファン１００を配置することにより、ファン１００の配置スペースを別途確保する必要が無くなる。

第１のクロスメンバ９１のうち互いに向かい合う２つの側面には、開口部（吸気口）９１ａ，９１ｂがそれぞれ形成されている。同様に、第２のクロスメンバ９２のうち互いに向かい合う２つの側面には、開口部（排気口）９２ａ，９２ｂがそれぞれ形成されている。なお、本実施例では、各クロスメンバ９１，９２における各側面に対して、１つの開口部（各開口部９１ａ，９１ｂ，９２ａ，９２ｂ）を形成しているが、各側面に複数の開口部を形成することもできる。

熱伝達部材８０は、第１および第２のクロスメンバ９１，９２の間に位置し、フィン８１の先端において、フロアパネル４０に接触している。また、第１および第２のクロスメンバ９１，９２には、ケース２０に形成されたフランジ部２３が固定される。ここで、クロスメンバ９１，９２およびフランジ部２３は、締結部材を用いて固定したり、溶接によって固定したりすることができる。

ケース２０のフランジ部２３をクロスメンバ９１，９２に固定することにより、ケース２０、クロスメンバ９１，９２およびフロアパネル４０によって、電池モジュール１０および熱伝達部材８０を収容するためのスペースが形成される。なお、不図示ではあるが、電池モジュール１０のうち単電池１１の配列方向における両端面と対向する位置には、実施例１と同様に、カバー（図３，４に示すカバー２４に相当）が配置されている。このカバーは、ケース２０やフロアパネル４０とともに、電池モジュール１０等を収容するためのスペースを形成する。また、熱伝達部材８０が固定された電池モジュール１０は、実施例１と同様に、ケース２０に固定されている。

本実施例の電池パック１において、ファン１００を駆動すると、車室内の空気が、第１のクロスメンバ９１における開口部９１ａに進入する。ここで、第１のクロスメンバ９１のうち、開口部９１ａが形成された側面は、車室内に面しており、開口部９１ａを介して車室内の空気を取り込むことができるようになっている。開口部９１ａから取り込まれた空気は、ファン１００が配置されたスペースを通過し、開口部９１ｂを介して、電池モジュール１０の収容スペースに移動する。

電池モジュール１０の収容スペースに移動した空気は、熱伝達部材８０と接触することにより、熱伝達部材８０との間で熱交換が行われる。ここで、電池モジュール１０が充放電等によって発熱すると、この熱が熱伝達部材８０に伝達される。この場合において、熱伝達部材８０に冷却用の空気を接触させれば、熱伝達部材８０に伝達された熱を奪うことができ、電池モジュール１０の温度上昇を抑制することができる。また、電池モジュール１０が過度に冷却されている場合において、加温用の空気を用いることにより、熱伝達部材８０を介して電池モジュール１０に熱を与えれば、電池モジュール１０の温度低下を抑制することができる。

熱伝達部材８０との間で熱交換された空気は、第２のクロスメンバ９２に形成された２つの開口部９２ｂ，９２ａを通過することにより、電池モジュール１０の収容スペースから排出される。ここで、第２のクロスメンバ９２における開口部９２ａから排出された空気は、排気通路に沿って車両の外部に排出させることができる。この排気通路は、ダクトを用いて形成することもできるし、車両に搭載される内装部品を用いて形成することもできる。

本実施例では、電池モジュール１０の底面に設けられた熱伝達部材８０を用いて、電池モジュール１０の温度を調節するようにしているため、実施例１のように、電池モジュール１０の上面にスペースを形成する必要がなくなる。すなわち、ケース２０の上面部２１を電池モジュール１０の上面に近づけて配置することができる。

なお、本実施例では、各クロスメンバ９１，９２およびフロアパネル４０を用いて閉断面の構造としているが、これに限るものではなく、クロスメンバ自体を閉断面の構造とすることもできる。この場合には、クロスメンバの内側にファンを配置すればよい。

また、本実施例では、熱伝達部材８０のフィン８１が第１のクロスメンバ９１から第２のクロスメンバ９２に向かって延びているが、フィン８１の形状は適宜設定することができる。すなわち、フィン８１を設けることにより、ファン１００から供給される空気との接触面積を増加させたり、空気の流れを整えたりすることができればよい。

さらに、本実施例では、第２のクロスメンバ９２に２つの開口部９２ａ，９２ｂを形成しているが、これに限るものではない。例えば、本実施例で説明した第２のクロスメンバ９２において、開口部９２ａを塞いでおき、開口部９２ｂを介して第２のクロスメンバ９２の内側に進入した空気を、フロアパネル４０の位置する側から車両の外部に排出させることができる。この場合には、第２のクロスメンバ９２を開断面の構造としておく必要がある。

上述した実施例１，２では、電池モジュール１０の底面と対向するフロアパネル４０を用いて、電池モジュール１０の収容スペースを形成しているが、これに限るものではない。すなわち、車両ボディの一部を用いて、電池モジュール１０の収容スペースを形成することができればよい。具体的には、車両ボディを構成するフロントボディ、リヤボディ、サイドボディおよびアンダーボディのうち、少なくとも一部を用いて、電池モジュール１０の収容スペースを形成することができる。

１：電池パック（蓄電装置）
１０：電池モジュール（蓄電モジュール）
１１：単電池（蓄電素子）
２０：ケース
３０，３１：締結部材
４０：フロアパネル
４１：凸部
９１：第１のクロスメンバ
９１ａ，９１ｂ：開口部（吸気口）
９２：第２のクロスメンバ
９２ａ，９２ｂ：開口部（排気口）

Claims (2)

1. 車両に搭載される蓄電装置であって、
   複数の蓄電素子が電気的に接続された蓄電モジュールを有し、
   前記蓄電モジュールの収容スペースが、車両ボディのうち前記蓄電モジュールの底面と対向する部分と、前記車両ボディに固定され、前記蓄電モジュールのうち、前記底面以外の面を囲むケースとで形成されていることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記車両ボディは、前記ケースが固定され、前記蓄電モジュールを挟む位置で前記車両の左右方向に延びる第１および第２のクロスメンバを有し、
   前記第１のクロスメンバは、一部の領域が前記収容スペースに面し、前記蓄電モジュールへの空気の供給を許容する吸気口を有するとともに、前記第２のクロスメンバは、一部の領域が前記収容スペースに面し、前記蓄電モジュールからの空気の排出を許容する排気口を有しており、
   前記第１又は第２のクロスメンバの内側には、前記吸気口から前記排気口に向かって前記空気を流動させるためのファンが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
   

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