JP2012190691A

JP2012190691A - バッテリモジュール

Info

Publication number: JP2012190691A
Application number: JP2011054086A
Authority: JP
Inventors: Yukiko Kinoshita; 裕貴子木下; Naoto Todoroki; 直人轟木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2012-10-04
Also published as: WO2012124481A1; CA2829867A1; KR20130133279A; EP2685545A4; CN103430377A; EP2685545A1; RU2539351C1; US20130344371A1

Abstract

【課題】加温効率を高めることが可能な車載用バッテリを提供すること。
【解決手段】本発明の車載用バッテリにあっては、三辺を有する直方体のバッテリシェルを複数積層したバッテリモジュールに対し、その積層方向に沿った辺を含む側面と対向するように、バッテリモジュールを加温する薄型ヒーターモジュールを設けた。
【選択図】図５

Description

本発明は、多数のバッテリシェルを積層して成るバッテリモジュールの温度調節などに有用な薄型ヒーターモジュールを備えたバッテリモジュールに関するものである。

このような用に供する薄型ヒーターモジュールを備えたバッテリモジュールとしては従来、例えば特許文献1に記載されているようなものが知られている。

この提案技術になる薄型ヒーターモジュールは、多数のバッテリモジュールを収納して構成したバッテリパックのケース外側面にヒーター本体を密接させ、このヒーター本体をヒーターユニットケースによりバッテリパックのケースに取着し、バッテリパックのケース外側面から遠いヒーター本体の面と、これに対向するヒーターユニットケースとの間に断熱シート体を介在させたものである。

特開２００８−１８６６２１号公報

しかし特許文献１に記載の薄型ヒーターモジュールは、バッテリモジュールを収納したバッテリパックのケースをヒーター本体で加温し、当該バッテリパックのケースからバッテリモジュールへの熱伝導により、バッテリモジュールを間接的に加温するものであるため、バッテリモジュールの加温効率が悪いという問題があった。

本発明は、加温効率を高めることが可能なバッテリモジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のバッテリモジュールにあっては、三辺を有する直方体のバッテリシェルを複数積層したバッテリモジュールに対し、その積層方向に沿った辺を含む側面と対向するように、バッテリモジュールを加温する薄型ヒーターモジュールを設けた。

よって、全てのバッテリシェルを均一に加温すると共に、バッテリシェルを直接加温するため、加温効率の向上を図ることができる。

本発明の薄型ヒーターモジュールを適用可能なバッテリパックを、車両フロアパネル直下のバッテリ収納空所内に取り付けた状態で示す、車両の側面図である。本発明の一実施例になる薄型ヒーターモジュールを適用した、図1のバッテリパックを、車両フロアパネル直下のバッテリ収納空所内に取り付けた状態で示す、車両の平面図である。図２に示すバッテリパックを、車両フロアパネル直下のバッテリ収納空所内から取り出した状態で示す、バッテリパックの全体平面図である。実施例１のバッテリパックの概略斜視図である。実施例１の第２バッテリパックの一部を表す概略図である。

図１，２は実施例１の薄型ヒーターモジュールを適用したバッテリパックを、車両フロアパネル直下のバッテリ収納空所内に取り付けた状態で示す、車両の側面図および平面図、図３は、図１，２に示すバッテリパックを車両のバッテリ収納空所から取り外した状態で示す、バッテリパックの全体平面図である。

先ず図１〜３に示す車両用バッテリパックを説明する。図１，２において、1は車体、2は車室、3は走行用電動モータが搭載されたモータルーム、4は左右前輪、5は左右後輪、6は前席シート、7は後席シート、11は車両用バッテリパックである。

バッテリパック11は、多数のバッテリシェル12を積層して成る複数個の第１，第２，第３バッテリモジュール13FL,13FR,13CL,13CR,13Rを、図３にも示すごとく共通なバッテリパックケース14内に収納して、1ユニットに構成する。

更に詳述するとバッテリパック11は、図１，２に示すように左右前席シート6の下方フロアパネル部分の直下における前方左右の第１バッテリモジュール13FL,13FRと、左右後席7の下方フロアパネル部分の直下における後方の第３バッテリモジュール13Rと、左右前席シート6および左右後席7間に延在する後席足元フロアパネル部分の直下における中央左右の第２バッテリモジュール13CL,13CRとを、上記の共通なバッテリパックケース14内に収納し、1ユニットに構成する。

前方左側の第１バッテリモジュール13FLは、図１〜３に示すように４個のバッテリシェル12を横置き状態で上下方向に積層したバッテリモジュールを、２個一組として車両前後方向に並置したものとし、前方右側の第１バッテリモジュール13FRも同様に、４個のバッテリシェル12を横置き状態で上下方向に積層したバッテリモジュールを、２個一組として車両前後方向に並置したものとする。

後方の第３バッテリモジュール13Rは、図１〜３に示すように多数のバッテリシェル12を縦置き状態で車幅方向に、後席シート7の全長と略同じ長さとなるよう積層したバッテリモジュールとする。

中央左側の第２バッテリモジュール13CLは、図１〜３に示すように2個のバッテリシェル12を横置き状態で上下方向に積層したバッテリモジュールを、2個一組として車両前後方向に並置したものとし、中央右側の第２バッテリモジュール13CRも同様に、２個のバッテリシェル12を横置き状態で上下方向に積層したバッテリモジュールを、２個一組として車両前後方向に並置したものとする。

前方左右の第１バッテリモジュール13FL,13FRはそれぞれ、図３に明示するごとく、左側の第１バッテリモジュール13FLを構成するバッテリシェル12の電極端子12aと、右側の第１バッテリモジュール13FRを構成するバッテリシェル12の電極端子12aとが相互に向かい合わせになる向きに配置する。

また後方の第３バッテリモジュール13Rは、図３に明示するごとく、これを構成するバッテリシェル12の電極端子12aが全て車両前方に指向するよう配置する。

更に、中央左右の第２バッテリモジュール13CL,13CRはそれぞれ、図３に明示するごとく、左側の第２バッテリモジュール13CLを構成するバッテリシェル12の電極端子12aと、右側の第２バッテリモジュール13CRを構成するバッテリシェル12の電極端子12aとが相互に向かい合わせになる向きに配置する。

そして、各バッテリモジュール13FL,13FR,13CL,13CR,13Rを構成するバッテリシェル12の電極端子12aはそれぞれ、図２，３に示すように、前方左右の第１バッテリモジュール13FL,13FR間における車幅方向中程スペース、および中央左右の第２バッテリモジュール13CL,13CR間における車幅方向中程スペースに配索した電源ケーブルを介して、モータルーム3内における電動モータ（インバータ）からのモータ給電線15に接続する。

図４は実施例１のバッテリシェルの概略斜視図である。第１バッテリモジュール13FL,13FR（以下、第１バッテリモジュール13Fと記載する。）の車載時における高さをh1、第２バッテリモジュール13CL,13CR（以下、第２バッテリモジュール13Cと記載する。）の車載時における高さをh2、第３バッテリモジュール13Rの車載時における高さをh3とすると、h3＞h1＞h2となるように構成されている。

第１バッテリモジュール13Fは左右前席シート6の下方に位置し、第３バッテリモジュール13Rは左右後席7の下方に位置していることから、第１バッテリモジュール13Fと第３バッテリモジュール13Rの高さh1とh3を、後席足元フロアパネル部分の直下に位置した第２バッテリモジュール13Cの高さh2よりも大きくすることで、車室2内のシート下方のスペースをバッテリシェル12の搭載スペースとして有効に利用でき、車室2の快適性を損なわずに数多くのバッテリを搭載することができる。また、第３バッテリモジュール13Rの高さh3が第１バッテリモジュール13Fの高さh1よりも高いことから、車室2内においてリヤシート32Rの座面がフロントシート32Fの座面より高くなる。この設定により左右後席7の乗客の良好な視界を確保できる。

また、第１バッテリモジュール13Fと第２バッテリモジュール13Cとのバッテリシェル12の合計数と、第３バッテリモジュール13Rのバッテリシェル12の合計数とは同じであり、一方、車両の上面視において第１バッテリモジュール13Fと第２バッテリモジュール13Cとが占有する面積よりも第３バッテリモジュール13Rが占有する面積の方が小さい。

このことから、バッテリパック11の重心位置は車両前後方向において比較的車両後方に位置することになる。車両の前方には、走行用電動モータ等が配置されることから、バッテリパック11が比較的車両後方に重心位置を持つことで車両全体としての重量配分を前後方向における中心位置に近づけることができる。これにより、車両挙動の安定性を確保することができる。

ここで、バッテリシェル12の構成との関係について説明する。図５は実施例１の第２バッテリパックの一部を表す概略図である。バッテリシェル12は、略直方体構造であり、長辺p1、短辺p2、高さp3により構成され、それぞれp1＞p2＞p3として構成されている。バッテリシェル12は、長辺p1と短辺p2で構成された平面121と、長辺p1と高さp3で構成された長側面122と、短辺p2と高さp3とで構成された短側面123とを有する。そして、電極端子12aは、短側面123に設けられている。

第１バッテリモジュール13Fと第２バッテリモジュール13Cは、バッテリシェル12の短辺p2が車両前後方向に倣う方向に載置される。この第１バッテリモジュール13Fと第２バッテリモジュール13Cとは比較的高さ方向の制限が幅方向の制限よりも大きい領域に配置されるモジュールであることから、長辺p1を車幅方向に倣って配置したとしても、左右バッテリモジュールの間の空間を確保することができ、配線等を容易にできる。また、短辺p2を車両前後方向に倣って配置することで、バッテリシェル12の集積密度を高めることができる。また、最も短い長さである高さp3を車両上下方向に倣って配置することで、バッテリモジュールの高さを細かく調整することができる。

即ち車両によって車両上下方向における制限はいろいろとあるものの、バッテリシェル12自体の構成は共通である場合、これらバッテリシェル12の積み重ね具合によって高さ調整できる。このとき、最も短い高さp3を積み重ねるため、調整単位を細かくすることで効率的にバッテリシェル12を搭載することができる。

第３バッテリモジュール13Rは、バッテリシェル12の高さp3を車幅方向に倣う方向に載置される。これにより、バッテリシェル12の積層数を細かく調整できるため、左右後席シート7の下方のスペースを有効に利用して数多くのバッテリシェル12を配置することができる。

＜薄型ヒーターモジュールについて＞
次に、不使用中の凍結防止用などのために各バッテリモジュールを加温する薄型ヒーターモジュールを、図２，３に基づき以下に説明する。尚、図２，３では、明瞭のため便宜上、薄型ヒーターモジュールにハッチングを付して示した。この薄型ヒーターモジュールは所謂PTCヒーターであり、通電により所定温度まで上昇した後、その温度を維持するように抵抗値が変化するものである。このPTCヒーターと熱を均一に分布させる均熱板との組み合わせにより設定した面積の範囲に対して均等に加温することが可能に構成されている。尚、ヒーター自体は例えばニクロム線を蛇行させて配置する方法や、お湯を所定流路に沿って循環させる方法等が適用可能であり、特に限定しない。

薄型ヒーターモジュール23L,23Rは、図５の斜線領域で示すようにバッテリシェル12の長側面122に設けられる。すなわち、バッテリモジュールの全体を効率よく加温するには、積層されたバッテリシェル12に対して均一に熱を伝達する必要がある。仮に薄型ヒーターモジュールを平面121に設けた場合、薄型ヒーターモジュールと近接する上端もしくは下端に積層されたバッテリシェル12のみが加温されてしまい、内部に積層されているバッテリシェル12の加温が不十分となって性能の安定化を図ることが難しい。

また、薄型ヒーターモジュールを短側面123に設けた場合、全てのバッテリシェル12を加温することはできるものの、薄型ヒーターモジュールに臨む面積が小さいため、加温効率が悪いといった問題がある。

そこで、実施例１では、長側面122に薄型ヒーターモジュール23L,23Rに設けることで、全てのバッテリシェル12を均一に加温すると共に、加温効率の向上を図っている。

前方左右の第１バッテリモジュール13FL,13FRが前記した通り、バッテリシェル12を4段重ねした大熱容量のものであるのに対し、中央左右の第２バッテリモジュール13CL,13CRが前記した通り、バッテリシェル12を2段重ねしたものであって、熱容量が小さく、温度が低下し易い。

そこで、実施例１では、図２，３に示すごとく、前方左右の第１バッテリモジュール13FL,13FRについては、その前方のみに薄型ヒーターモジュール21L,21Rを設け、中央左右の第２バッテリモジュール13CL,13CRについては、その前方に薄型ヒーターモジュール22L,22Rを設けると共に、後方にも薄型ヒーターモジュール23L,23Rを設ける。尚、第１バッテリモジュール13の前方のみに薄型ヒーターモジュール21L,21Rを配置したのは、前方は走行風等の影響を受けやすく、比較的冷却されやすいからである。また、薄型ヒーターモジュールの設置領域を狭くすることで、コストを削減することができる。

尚、図４の矢印で示すように、第２バッテリモジュール13Cを加温する薄型ヒーターモジュール22で暖められた空気は上方に移動する。この暖気により第１バッテリモジュール13Fをも加温することができる。同様に、第２バッテリモジュール13Cを加温する薄型ヒーターモジュール23で暖められた空気は上方に移動する。この暖気により第３バッテリモジュール13Rをも加温することができる。すなわち、第２バッテリモジュール13Cは他のバッテリモジュールよりも低い位置にあるため、この位置関係を利用して他のバッテリモジュールをも加温するものである。

後方の第３バッテリモジュール13Rは、第１バッテリモジュール13F及び第２バッテリモジュール13Cとは積層方向が異なるため、長側面122は車両上面側に位置するため、薄型バッテリーヒーター24も車両から見ると上面側に配置される。このとき、第３バッテリモジュール13Rは、前方左右の第１バッテリモジュール13FL,13FRよりも更にバッテリシェル12の積層数が多く、熱容量が最も大きいことから更に温度が低下し難い。ただし、車幅方向の側面側は比較的走行風等の影響を受けやすく、第３バッテリモジュール13Rの車幅方向中央付近が最も冷えにくい。このことから、後方の第３バッテリモジュール13Rについては、バッテリシェル12の積層方向両端領域であって、上方のみに薄型ヒーターモジュール24L,24Rを設ける。

更に具体的には、積層方向に３分割した領域を設定したとき、両端の領域に薄型ヒーターモジュール24L,24Rを設置し、中央の領域には設けない。これにより、薄型ヒーターモジュールの設置領域が狭くなったとしても、第３バッテリモジュール13Rを全体的に効率よく加温することができる。また、薄型ヒーターモジュールの設置領域を狭くすることで、コストを削減することができる。

薄型ヒーターモジュール21L,21Rはそれぞれ、前方左側バッテリモジュール13FLおよび前方右側バッテリモジュール13FRの前側に立てて近接配置し、バッテリパックケース14のバッテリモジュール載置面14aに取着する。

薄型ヒーターモジュール22L,22Rはそれぞれ、中央左側バッテリモジュール13CLおよび中央右側バッテリモジュール13CRの前側に立てて近接配置し、バッテリパックケース14のバッテリモジュール載置面14aに取着し、薄型ヒーターモジュール23L,23Rはそれぞれ、中央左側バッテリモジュール13CLおよび中央右側バッテリモジュール13CRの後側に立てて近接配置し、バッテリパックケース14のバッテリモジュール載置面14aに取着する。

薄型ヒーターモジュール24L,24Rはそれぞれ、後方バッテリモジュール13Rのバッテリシェル積層方向における両端の上方に近接位置し、バッテリパックケース14のバッテリモジュール載置面14aに取着する。

ところで、バッテリ電源ケーブルが前記した通り前方左右のバッテリモジュール13FL,13FR間における車幅方向中程スペース、および中央左右のバッテリモジュール13CL,13CR間における車幅方向中程スペースに配索されていることから、薄型ヒーターモジュール21L,21R,22L,22R,23L,23R,24L,24Rの電源接続端子はそれぞれ、前方左右のバッテリモジュール13FL,13FR間における車幅方向中程スペース、および中央左右のバッテリモジュール13CL,13CR間における車幅方向中程スペースに近い側に設置するのが良い。

そのため、前方左側バッテリモジュール13FLおよび前方右側バッテリモジュール13FRの前側に立てて近接配置する薄型ヒーターモジュール21L,21Rの電源接続端子はそれぞれ、これら薄型ヒーターモジュール21L,21Rの相互に近い端部に配置し、また中央左側バッテリモジュール13CLおよび中央右側バッテリモジュール13CRの後側に立てて近接配置する薄型ヒーターモジュール23L,23Rの電源接続端子もそれぞれ、これら薄型ヒーターモジュール23L,23Rの相互に近い端部に配置する。

従って、薄型ヒーターモジュール21L,21Rおよび薄型ヒーターモジュール23L,23Rはそれぞれ、図２，３に示すように平板状に構成することができる。

ここで、薄型ヒーターモジュール21L,21Rの電源接続端子を上記のように配置し得るのは、前方左側バッテリモジュール13FLおよび前方右側バッテリモジュール13FRの前方に、隣接するバッテリモジュールが存在しなくて、薄型ヒーターモジュール21L,21Rの相互に近い端部周辺に、電源接続端子を設置するスペースを確保し得るためである。
また薄型ヒーターモジュール23L,23Rの電源接続端子を上記のように配置し得るのは、中央左側バッテリモジュール13CLおよび中央右側バッテリモジュール13CRの後方に、隣接するバッテリモジュールが存在しなくて、薄型ヒーターモジュール23L,23Rの相互に近い端部周辺に、電源接続端子を設置するスペースを確保し得るためである。

以上説明したように、実施例１にあっては下記に列挙する作用効果を得ることができる。
（１）三辺を有する直方体のバッテリシェル12を複数積層したバッテリモジュール13と、バッテリモジュール13の積層方向に沿った辺を含む側面と対向するように立設され、バッテリモジュール13を加温する薄型ヒーターモジュール21，22，23，24と、を備えた。
すなわち、積層方向に沿った辺を含む側面と対向するように薄型ヒーターモジュール21，22，23，24に設けることで、全てのバッテリシェル12を均一に加温すると共に、バッテリパックケース14の内部において加温するため、加温効率の向上を図ることができる。

（２）バッテリシェル12は、長辺p1と、短辺p2と、これら両辺より短い高さp3を有する直方体形状であり、積層方向は高さp3方向であり、薄型ヒーターモジュール21，22，23，24は、長辺p1を含む側面である長側面122と対向するように立設される。
すなわち、最も短い高さp3方向にバッテリシェル12を積層することでバッテリモジュール13の高さp3方向の長さ調整を細かく設定することができ、効率よく車両に搭載できる。また、長側面122と対向するように立設されることで、全てのバッテリシェル12を均一に加温すると共に、加温効率の向上を図ることができる。

（３）バッテリモジュール21，22，23，24は、車両のフロアパネルの下方であって、車両前方から順に前席下方に位置し第１高さh1を有する第１バッテリモジュール13Fと、前席と後席との間の後席足元フロアパネル下方に位置し第２高さh2を有する第２バッテリモジュール13Cと、後席下方に位置し第３高さh3を有する第３バッテリモジュール13Rとを有し、第２高さh2は第１及び第３高さh1，h3よりも低い。
すなわち、車室2内のシート下方のスペースをバッテリシェル12の搭載スペースとして有効に利用でき、車室2の快適性を損なわずに数多くのバッテリを搭載することができる。

（４）薄型ヒーターモジュール21は、第１バッテリモジュール13Fの車両前後方向前方に配置されている。
すなわち、車両前方に配置される第１バッテリモジュール13Fは走行風等の影響を受けやすく、冷却されやすい。このように、冷却されやすい箇所のみに設置することで、加温性能を確保しつつコストを削減することができる。尚、第１バッテリモジュール13Fは第２バッテリモジュール13Cに比べて容積が大きいことから熱容量も大きい。よって、車両後方側については比較的冷却されにくいため、車両前方のみに薄型ヒーターモジュール21を設置しても十分な加温性能を得ることができる。尚、第１バッテリモジュール13Fは、前席の下方に設置されることから、高さ方向を確保しにくい。そこで、バッテリシェル12を車両上下方向に沿って積層し、長側面122を車幅方向に沿って配置することで、効率的にバッテリシェル12を配置することができる。

（５）薄型ヒーターモジュール22，23は、第２バッテリモジュール13Cの車両前後方向前方及び後方に配置される。
すなわち、第２バッテリモジュール13Cはバッテリパック11の中央部分にあるものの、他のバッテリモジュールに比べて容積が小さいことから熱容量も小さく、冷却されやすい。そこで、車両前後方向前方及び後方の両方に薄型ヒーターモジュール21を配置することで、加温性能を確保することができる。尚、第２バッテリモジュール13Fは、前席と後席との間の後席足元フロアパネル下方に設置されることから、高さ方向を確保しにくい。そこで、バッテリシェル12を車両上下方向に沿って積層し、長側面122を車幅方向に沿って配置することで、効率的にバッテリシェル12を配置することができる。

（６）薄型ヒーターモジュール24は、第３バッテリモジュール13Rの車両上下方向上方に配置される。
すなわち、第３バッテリモジュール13Cは後席下方に設置されることから、比較的高さ方向の制限が緩やかである。そこで、バッテリシェル12を車幅方向に積層し、その上方に薄型ヒーターモジュール24を設置することで、車幅方向のスペースを十分に確保でき、効率的にバッテリシェル12を配置することができる。

（７）薄型ヒーターモジュール24は、第３バッテリモジュール13Rの車幅方向両端領域に配置される。
すなわち、第３バッテリモジュール13Cは第２バッテリモジュール13Cに比べて容積が大きいことから熱容量も大きい。特に、車幅方向中央については外気の影響を受けにくく冷却されにくい。よって、薄型ヒーターモジュール24を車幅方向両端領域に設置し、言い換えると車幅方向中央領域には設置しないことにより、コストを削減しつつ十分な加温性能を得ることができる。

1 車体
2 車室
3 モータルーム
4 左右前輪
5 左右後輪
6 前席シート
7 後席シート
11 バッテリパック
12 バッテリシェル
12a バッテリ電極端子
13FL 前方左側バッテリモジュール
13FR 前方右側バッテリモジュール
13CL 中央左側バッテリモジュール
13CR 中央右側バッテリモジュール
13R 後方バッテリモジュール
14 バッテリパックケース
14a バッテリモジュール載置面
15 モータ給電線
22L,22R 薄型ヒーターモジュール

Claims

三辺を有する直方体のバッテリシェルを複数積層したバッテリモジュールと、
前記バッテリモジュールの積層方向に沿った辺を含む側面と対向するように立設され、前記バッテリモジュールを加温する薄型ヒーターモジュールと、
を備えたことを特徴とするバッテリモジュール。
請求項１に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記バッテリシェルは、長辺と、短辺と、これら両辺より短い高さを有する直方体形状であり、
前記積層方向は、前記高さ方向であり、
前記薄型ヒーターモジュールは、前記長辺を含む側面と対向するように立設されることを特徴とするバッテリモジュール。
請求項１または２に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記バッテリモジュールは、車両のフロアパネルの下方であって、車両前方から順に前席下方に位置し第１高さを有する第１バッテリモジュールと、前席と後席との間の後席足元フロアパネル下方に位置し第２高さを有する第２バッテリモジュールと、後席下方に位置し第３高さを有する第３バッテリモジュールとを有し、
前記第２高さは前記第１及び第３高さよりも低いことを特徴とするバッテリモジュール。
請求項３に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記薄型ヒーターモジュールは、前記第１バッテリモジュールの車両前後方向前方に配置されていることを特徴とするバッテリモジュール。
請求項３または４に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記薄型ヒーターモジュールは、前記第２バッテリモジュールの車両前後方向前方及び後方に配置されることを特徴とするバッテリモジュール。
請求項３ないし５いずれか一つに記載のバッテリモジュールにおいて、
前記薄型ヒーターモジュールは、前記第３バッテリモジュールの車両上下方向上方に配置されることを特徴とするバッテリモジュール。
請求項６に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記薄型ヒーターモジュールは、前記第３バッテリモジュールの車幅方向両端領域に配置されることを特徴とするバッテリモジュール。