JP2013196893A - 車載バッテリの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】急激に電池の温度が上昇した場合にも容易に電池を冷却することができる車載バッテリの冷却構造を提供する。
【解決手段】ケース３０内に、横置きで段積みできる電池２０が収納されている。電池２０は、箱型の電槽２１を備え、箱型の電槽２１の少なくとも１つの面での外表面に突条２２，２３が設けられ、ケース３０内において棚板３１，３２，３３で仕切られた状態で配置され、鉄製の棚板３１，３２，３３の一方の面に電池２０の電槽２１の一面を密着させるとともに、棚板３１，３２，３３の他方の面を放熱面としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車載バッテリの冷却構造に関するものである。

車載バッテリとして制御弁式（シール式）鉛蓄電池が用いられている。制御弁式（シール式）鉛蓄電池は、充電末期に発生するガスを密閉し、電解液低下を防止できるとともに補水がないためメンテナンスフリーとなっている。また、電池モジュールの構成は電池を横置きにし段積みして用いられるが、限られた車体スペースの中で出来るだけ高容量にするため、電池体格を出来るだけ大きくする必要がある。さらに、電池温度が上昇すると電池寿命が短くなるため、冷却構造に工夫が必要である。

この冷却構造が特許文献１等に開示されており、例えば、予め電池（セル）間に冷却隙間をあけたケースに電池を詰める構造や電槽外形に冷却溝を入れる構造が知られている。

特開平１０−１０６６３７号公報

ところで、車両（例えば、フォークリフト）内の限られたスペースの中で出来るだけ高容量の電池を収めようとすると、冷却隙間はデッドスペースとなる。また、ただ隙間をあけただけでは、高負荷時での駆動による電池の急激な温度上昇に対して十分な冷却を行うことが困難となる。

本発明の目的は、急激に電池の温度が上昇した場合にも容易に電池を冷却することができる車載バッテリの冷却構造を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、ケース内に、横置きで段積みできる密閉式電池を複数収容してなる車載バッテリであって、前記密閉式電池は、箱型の電槽を備え、前記箱型の電槽の少なくとも１つの面での外表面に突条が設けられ、前記ケース内において仕切板にて仕切られた状態で配置され、金属製の前記仕切板の一方の面に前記電池の電槽の一面を密着させるとともに、前記仕切板の他方の面を放熱面としたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、箱型の電槽が仕切板の一方の面に密着しており、箱型の電槽が発熱すると、その熱は密着している仕切板の一方の面に伝えられる。そして、仕切板の他方の面から放熱される。

このようにして、急激に電池の温度が上昇した場合にも容易に電池を冷却することができる。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の車載バッテリの冷却構造において、前記ケース内において前記仕切板としての棚板が、上下に隣り合う前記密閉式電池の間に配置されていることを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、仕切板としての棚板の上に密閉式電池の電槽が配置され、自重により、棚板の上面と箱型の電槽の下面とを密着させることができる。
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の車載バッテリの冷却構造において、前記仕切板の一方の面に前記密閉式電池の突条が差し込める溝を形成したことを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、棚板の溝に突条を差し込んで、仕切板と電池の電槽との密着面を確保することができる。

本発明によれば、急激に電池の温度が上昇した場合にも容易に電池を冷却することができる。

本実施形態におけるフォークリフトの側面図。 本実施形態における車載バッテリの冷却構造の正面図。 車載バッテリの冷却構造の一部拡大図。 電池の斜視図。 別例の車載バッテリの冷却構造の正面図。 他の別例の車載バッテリの冷却構造の正面図。

以下、本発明をバッテリフォークリフトに具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両としてのバッテリフォークリフト１０は、その下部に駆動輪１１を駆動する走行モータ１２と車載バッテリ１３とが搭載されている。車載バッテリ１３として、制御弁式（シール式）鉛蓄電池を用いている。

走行モータ１２には、ＡＣモータが使用されている。また、バッテリフォークリフト１０には、その前側収容部１４に荷役モータ１５が搭載されている。荷役モータ１５は、ティルトシリンダ１６およびリフトシリンダ１７の油圧制御を行う油圧回路の一構成である図示しない油圧ポンプを駆動する駆動源として用いられており、ＡＣモータが使用されている。走行モータ１２により車両を走行制御することができる。また、荷役モータ１５により油圧ポンプを駆動してフォークを上下動する等の荷役動作を行わせることができる。

次に、車載バッテリ（組電池）１３の冷却構造について図２，３，４を用いて説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図２に示すように、車載バッテリ１３は、複数の電池（電池セル）２０により構成されている。密閉式電池としての各電池２０は、図４に示すように、箱型の樹脂製電槽２１を備えている。つまり、電槽２１は断面が正方形をなし、柱状に延びている。図２では電槽２１はＹ方向に延びている。各電池２０について、電槽２１の一端面には正極４０と負極４１と制御弁４２が設けられている。また、各電池２０の電槽２１の外表面には樹脂製突条（リブ）２２，２３が設けられている。詳しくは、電槽２１の上面には複数の突条２２が設けられている。突条２２は電槽２１の軸方向に延び、電槽２１の全長にわたり延設されている。また、電槽２１の右側面には複数の突条２３が設けられている。突条２３は電槽２１の軸方向に延び、電槽２１の全長にわたり延設されている。突条（リブ）２２，２３は電槽２１を補強するとともに放熱にも寄与することができる。

さらに、各電池２０における電槽２１の下面および左側面には突条（２２，２３）が設けられておらず、平坦面となっている。
電池２０は、横置きで段積みできるようになっている。

横置きとは、電池２０の軸を水平にした状態で配置することであり、段積みとは、複数の電池２０を上下に並べて配置することである。
図２に示すように、車体には鉄製のケース３０が配置され、ケース３０内において複数の電池２０が段積みされて収容されている。即ち、電池２０がＺ方向において重ねて配置されている。ケース３０内においては、水平方向（Ｘ，Ｙ方向）に延びる仕切板としての鉄製の棚板３１，３２，３３が配置されている。図２においては、３段の鉄製の棚板３１，３２，３３が形成されている様子を示す。即ち、第１の棚板３１が水平状態に（Ｘ，Ｙ方向に）配置され、その上方に所定の間隔をおいて第２の棚板３２が水平状態に（Ｘ，Ｙ方向に）配置され、さらに、その上方に所定の間隔をおいて第３の棚板３３が水平状態に（Ｘ，Ｙ方向に）配置されている。各棚板３１，３２，３３は、板状をなし、上下面が平坦である。

図２において、第１の棚板３１の上面において３つの電池２０が隣接して載置されている。このとき、電池２０の電槽２１の下面が第１の棚板３１の上面に密着している。また、第２の棚板３２の上面において３つの電池２０が隣接して載置されている。このとき、電池２０の電槽２１の下面が第２の棚板３２の上面と密着している。さらに、第３の棚板３３の上面において３つの電池２０が隣接して搭載されている。このとき、電池２０の電槽２１の下面が第３の棚板３３の上面と密着している。

このように、ケース３０内において図３に示すごとく箱型の電槽２１の外表面に突条２２，２３を設けた電池２０が仕切板としての棚板３１，３２，３３にて仕切られた状態で配置され、棚板３１，３２，３３の上面に電池２０の電槽２１の下面が密着するとともに棚板３１，３２，３３の下面が放熱面となっている。即ち、電池２０の電槽２１における下面の突条（リブ）を無くし、鉄製ケース３０における棚板（第１の棚板３１、第２の棚板３２、第３の棚板３３）が密着できるようにしている。また、電池２０の電槽２１が密着している棚板の下の電池２０については電槽２１の上面に突条（リブ）２２が設けられており、棚板３２，３３を冷却することが可能となっている。

次に、このように構成した車載バッテリ１３の冷却構造の作用について説明する。
フォークリフトにおいてモータ１２，１５の駆動に伴い車載バッテリ１３の各電池２０が発熱する。

この電池２０で発生した熱は、図２，３でＨ１で示すように棚板３１，３２，３３の上面における電池２０の電槽２１との密着面を通して棚板３１，３２，３３に伝わり、さらに図２，３でＨ２で示すように棚板３２，３３の下面における突条（リブ）２２の間において大気に逃がされる（放熱される）。また、棚板３１においては図２でＨ３で示すように下面から大気に逃がされる（放熱される）。

つまり、電池２０の熱は密着している鉄製ケースの棚板３１，３２，３３に伝えられ、鉄製の棚板３１，３２，３３は、熱伝導が高く、かつ、熱容量の大きい。よって、電池２０は、発熱した熱が棚板３１，３２，３３に移動することによって、冷却される。そして、鉄製の棚板３１，３２，３３へ移動した熱は下面から熱伝達により大気中に逃がされ、鉄製の棚板３１，３２，３３を冷却することができる。よって、電池２０の急激な温度上昇に対して十分な冷却をすることができる。

比較例として、電槽２１の４面全てに突条（リブ）を有する電池をケース内に段積みする場合には、電池の熱は突条（リブ）から突条付近の大気中に直接放熱することになるため、放熱性が悪く、特に中央よりの電池は熱が溜まりやすい傾向になる。

これに対し本実施形態では、限られたスペースの中で出来るだけ冷却隙間を小さく設定するため、熱伝導と熱容量の高い鉄製ケース３０の棚板３１，３２，３３に電池２０の電槽２１を密着させることにより、短時間で電池２０の熱を鉄製ケースの棚板３１，３２，３３に移送させることができる。特に、真ん中の電池２０が高温になりやすいが、これに対処することができ、真ん中の電池２０を冷却することができる。このようにして、フォークリフトの高負荷パターンによる急激な温度上昇に対応することができ、温度上昇を低減させることができる。

また、電池２０が横置きで段積みされるので棚板３１，３２，３３は電池２０の自重を支える構成となる。したがって、棚板３１，３２，３３は、電池２０の自重に十分耐え得る強度を持たせるため、ある程度の厚さ（板厚）を有する必要がある。このため、棚板３１，３２，３３が必然的にある程度の厚さを有するので、棚板３１，３２，３３は、大きな熱容量を有することができる。

以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）金属製の仕切板（棚板３１，３２，３３）の一方の面に電池２０の箱型の電槽２１の一面を密着させるとともに、仕切板（棚板３１，３２，３３）の他方の面を放熱面とした。電池２０の電槽２１が発熱すると、その熱は密着している仕切板（棚板３１，３２，３３）の一方の面に伝えられ、仕切板（棚板３１，３２，３３）の他方の面から放熱される。このようにして、急激に電池２０の温度が上昇した場合にも容易に電池２０を冷却することができる。

特に、フォークリフトのように重い荷物を保持した状態での加速などの高負荷時での駆動により電池の急激な温度上昇を伴う場合にあっては、効率よく電池を冷却することができる。

（２）ケース３０内において仕切板としての棚板３１，３２，３３が、上下に隣り合う電池２０の間に配置されている。よって、仕切板としての棚板３１，３２，３３の上に電池２０の電槽２１が配置され、電池２０の自重により、棚板３１，３２，３３の上面と箱型の電槽２１の下面とを密着させることができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図５に示すように、鉄製ケース３０の棚板３１，３２，３３における一方の面である上面に、電池２０の突条（リブ）２５が差し込める溝（スリット）３５を形成し、仕切板としての棚板３１，３２，３３と電池２０の電槽２１との密着面を確保する構造としてもよい。つまり、電池２０の電槽２１の下面には突条２５が設けられ、突条２５は、棚板３１，３２，３３の上面に形成した溝３５に差し込まれる構成としてもよい。これにより、電槽２１の突条加工（リブ加工）を変更しなくても対応できる。

・仕切板は棚板であったが、図６に示すように、仕切板は隣り合う横の電槽（電池）を仕切る（固定する）ための上下に延びる仕切板（固定板）５０であってもよい。
・仕切板は熱伝導性に優れた金属であれば特に限定されない。

・電池２０は、箱型の電槽２１の少なくとも１つの面での外表面に突条（リブ）が設けられていればよい。
・鉛蓄電池ではなく他の電池でもよく、例えば、リチウム電池等でもよく、要は、ケース内に横置きで段積みできる密閉式電池であればよい。

・上記実施形態ではフォークリフトに具体化したが、これに限ることなく他の車両に具体化してもよい。例えば、ハイブリッド車や電気自動車に適用してもよい。

１３…車載バッテリ、２０…電池、２１…電槽、２２…突条、２３…突条、３０…ケース、３１…棚板、３２…棚板、３３…棚板、３５…溝。

Claims (3)

1. ケース内に、横置きで段積みできる密閉式電池を複数収容してなる車載バッテリであって、
   前記密閉式電池は、箱型の電槽を備え、前記箱型の電槽の少なくとも１つの面での外表面に突条が設けられ、前記ケース内において仕切板にて仕切られた状態で配置され、
   金属製の前記仕切板の一方の面に前記電池の電槽の一面を密着させるとともに、前記仕切板の他方の面を放熱面としたことを特徴とする車載バッテリの冷却構造。
2. 前記ケース内において前記仕切板としての棚板が、上下に隣り合う前記密閉式電池の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車載バッテリの冷却構造。
3. 前記仕切板の一方の面に前記密閉式電池の突条が差し込める溝を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の車載バッテリの冷却構造。