JP2014091463A - 車両のバッテリ支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリケースの薄肉構成による軽量化と、バッテリケース底壁と電池下面との均一な面接触による伝熱性能の維持との両立を図る。
【解決手段】バッテリケース５の底壁がバッテリ搭載メンバ８により熱伝導盤６を中間にして補剛されるため、バッテリケース５を軽量化を目的として薄肉化しても、収容した組電池１の重みで底壁が撓み変化するのが抑制される。この結果、バッテリケース５の底壁と内部の組電池１の下面との均一な面接触を維持できて、両者間の電熱性能の低下を回避する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド車におけるバッテリ支持構造に関する。

特許文献１には、密閉した容器の内部に組電池を収容し、この容器の底部外側から冷却加温プレートを当てて組電池を温調するようにした技術が開示されている。

特開２００９−２２７１２１号公報

特許文献１の開示技術では、軽量化を目的として容器を薄肉化すると、内部の組電池の重量により容器の底部が弯曲してしまうため、容器底部と組電池とが均一に面接触することができなくなり、伝熱性能が低下してしまう可能性がある。

そこで、本発明は内部に電池を収容したバッテリケースを軽量化のため薄肉化しても、底壁の撓み変形を抑制して電池下面との均一な面接触を維持して、伝熱性能の低下を回避することができる車両のバッテリ支持構造を提供するものである。

本発明の車両のバッテリ支持構造は、電池をバッテリケースに収納してあって、この電池の下面とバッテリケースの底壁とを熱的に接触させている。

バッテリケースの底壁の外側には温調手段を配置して、該バッテリケースの底壁下面と温調手段とを熱的に接触させてあり、該温調手段の内部に熱媒体を流通させることで熱交換を行うようにしている。

そして、これら温調手段とバッテリケースとを、バッテリ搭載メンバで下側から跨いで支えて、車両のフロアパネル下面に搭載，支持したことを主要な特徴としている。

バッテリケースの底壁がバッテリ搭載メンバにより温調手段を中間にして補剛されるため、該バッテリケースを軽量化を目的として薄肉化しても、収容した電池の重みで底壁が撓み変形するのが抑制される。

この結果、バッテリケースの底壁と内部の電池下面との均一な面接触を維持できて、両者間の伝熱性能の低下を回避することができる。

本発明の対象とする組電池と温調手段とを分解して示す斜視図。 本発明の第１実施形態を示す断面説明図。 図２に示した第１実施形態の底面図。 本発明の第２実施形態を示す断面説明図。 本発明の第３実施形態の要部を示す断面説明図。 図５に示した第３実施形態の底面図。 本発明の第４実施形態を示す断面説明図。 本発明の第５実施形態を示す断面説明図。 温調手段に接続される温調回路の一例を示す回路図。

図１は本発明の対象とする組電池１と温調手段６との関係を示している。

組電池１は、複数の薄型方形状の電池モジュール２を縦置きに積層し、これを積層方向の両側に配置した一対の保持板３と、積層方向と直角方向の両側に配置した一対の結束帯板４とによって一体的に結束固定して構成している。

そして、この組電池１を、アルミ，アルミ合金等の軽量で熱伝導性の良好な金属からなるバッテリケース５に収容している。

温調手段６は、方形の熱伝導盤として構成して、上述のバッテリケース５の底壁下面に配設してある。

熱伝導盤６は、アルミ，アルミ合金，セラミック等の熱伝導性の良好な材料で構成している。

この熱伝導盤６は熱媒体の入口６ａと出口６ｂとを介して、汎用の冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルに接続されて、内部に液状の熱媒体を導入することによってバッテリケース５，組電池１を積極的に冷却あるいは加温するようにしている。

即ち、組電池１が充電時や放電時に発熱したときには、冷凍サイクルから熱媒体を導入することにより該組電池１を冷却し、寒冷地等における冷間始動時には、ヒートポンプサイクルから熱媒体を導入することにより組電池１を加温する。

次に、温調回路２００の構成について説明する。

図９は、熱伝導盤６に接続される温調回路２００の回路図である。熱伝導盤６と温調回路２００は、熱伝導盤６の熱媒体の入口６ａと出口６ｂとに接続されるゴムホース等によって連結される。これにより、車両振動によって熱伝導盤６を配設した組電池１と温調回路２００との間に距離が変化しても、各部位に力が作用しないようになっている。

温調回路２００は、低温媒体生成器２１０と、電気ヒータ２２０と、媒体温度センサ２３０と、ポンプ２４０と、これらを接続する温調用媒体通路２５０と、制御装置２６０と、電池温度センサ２７０とで構成される回路であり、車両用空調システム３００と組み合わせられて動作する。

低温媒体生成器２１０は、低温媒体生成器２１０に流入する車両用空調システム３００の冷媒と低温媒体生成器２１０に流入する温調用媒体との間で熱交換を行わせ、低温の温調用媒体を生成する熱交換器である。

電気ヒータ２２０は、図示しない電源から電力の供給を受けて温調用媒体通路内を流れる温調用媒体を加熱し、高温の温調用媒体を生成するヒータである。

媒体温度センサ２３０は、熱伝導盤６に供給される温調用媒体の温度を検出するセンサである。

ポンプ２４０は、図示しない電源から電力の供給を受けて駆動され、熱伝導盤６から排出された温調用媒体を圧送し、温調回路２００から熱伝導盤６に温調用媒体を輸送するポンプである。

電池温度センサ２７０は、組電池１の内部温度を検出するセンサである。

車両用空調システム３００は、コンプレッサ３１０と、コンデンサ３２０と、蒸発器３３０と、流路切換えバルブ３４０と、逆止弁３５０と、これらを接続する冷媒通路３６０とで構成される回路である。

コンプレッサ３１０は冷媒を圧縮するコンプレッサであり、圧縮された冷媒はコンデンサ３２０に送られる。

コンデンサ３２０は、圧縮されて温度が上昇した冷媒と外気との間で熱交換を行わせて冷媒の温度を下げ、冷媒を液化させる熱交換器である。コンデンサ３２０には、外気をコンデンサ３２０に送り込むためのファン３２０ｆが隣接して設けられている。

蒸発器３３０は、液化した冷媒と車内に導入される空気との間で熱交換を行わせ、低温の空気を作り出す熱交換器である。また、蒸発器３３０は、図示しない減圧機構を有している。車両用空調システム３００においては、別途ヒータ（不図示）によって作り出された高温の空気とこの低温の空気とを混合することで、所望の温度の空調用空気を作り出し、車室内に供給する。

流路切換えバルブ３４０は、コンデンサ３２０で冷却・液化された冷媒を蒸発器３３０のみに送る状態、低温媒体生成器２１０のみに送る状態、蒸発器３３０及び低温媒体生成器２１０の両方に送る状態を切り換えるバルブである。

逆止弁３５０は、低温媒体生成器２１０からコンプレッサ３１０への冷媒の流れのみを許容し、蒸発器３３０を通過した冷媒が低温媒体生成器２１０に流入するのを阻止するバルブである。

制御装置２６０には、電池温度センサ２７０から入力される信号に基づき、組電池１の冷却・加温の要否を判断する。

制御装置２６０は、組電池１を冷却する必要があると判断した場合は、流路切換えバルブ３４０を切り換え、冷媒が低温媒体生成器２１０（空調中は蒸発器３３０及び低温媒体生成器２１０）に供給されるようにする。これにより温調用媒体の温度が低下し、これをポンプ２４０で熱伝導盤６に供給することで組電池１を冷却する。このとき、制御装置２６０は、電気ヒータ２２０への通電は行わない。

制御装置２６０は、媒体温度センサ２３０によって温調用媒体の温度を監視し、温調用媒体の温度が組電池１の冷却に適した温度に保たれるように、車両用空調システム３００の負荷をフィードバック制御する。車両用空調システム３００の負荷は車両用空調システム３００の制御装置（不図示）を介して調整される。

逆に、制御装置２６０は、組電池１を加温する必要があると判断した場合は、電気ヒータ２２０への通電を行い、温調用媒体を加温する。そして、加温した温調用媒体をポンプで熱伝導盤６に供給することによって、組電池１を加温する。このとき、制御装置２６０は、冷媒が低温媒体生成器２１０に流れない状態に流路切換えバルブ３４０を切り換える。制御装置２６０は、媒体温度センサ２３０によって温調用媒体の温度を監視し、温調用
媒体の温度が組電池１の加温に適した温度に保たれるように、電気ヒータ２２０への通電をフィードバック制御する。

図２は、上述の組電池１とバッテリケース５と熱伝導盤６との配置状況を示している。

組電池１の下面とバッテリケース５の底壁内面とは、熱的に均一に接触することが肝要で、このため、これら組電池１の下面とバッテリケース５の底壁内面との間には、接着性を有する適宜のゲル状の熱伝導材７を所要の厚さで介装してある。

また、バッテリケース５の底壁下面（外面）と熱伝導盤６の上面も、同様に熱的に均一に接触することが肝要で、これら両者間にも上述と同様の熱伝導材７を所要の厚さで介装してある。

そして、これら熱伝導盤６とバッテリケース５とを下側からバッテリ搭載メンバ８で長さ方向に跨いで支えて、該バッテリ搭載メンバ８の両端部を車体のフロアパネル１０の下面に結合することによって、該フロアパネル１０の下面に搭載，支持している。

図３は、第１実施形態におけるバッテリケース５，熱伝導盤６，バッテリ搭載メンバ８の配置状況を下側から見た底面図を示しており、符号Ｐはバッテリ搭載メンバ８の両端部の締結点を示している。

このバッテリ搭載メンバ８は、本実施形態ではバッテリケース５および熱伝導盤６を下側から長さ方向に跨ぐ所要の形状の屈曲成形した帯板鋼材で構成しているが、これは、フロア剛性の確保のためフロアパネル下面に設けられるフロアクロスメンバ等のフロア骨格材を有効利用することもできる。

この第１実施形態の構造によれば、バッテリケース５の底壁がバッテリ搭載メンバ８により熱伝導盤６を中間にして補剛されるため、該バッテリケース５を軽量化を目的として薄肉化しても、収容した組電池１の重みで底壁が撓み変形するのが抑制される。

この結果、バッテリケース５の底壁と内部の組電池１の下面との均一な面接触を維持でき、両者間の伝熱性能の低下を回避することができ、バッテリケース５の軽量化と伝熱性能の維持との両立を実現できる。

図４は、本発明の第２実施形態を示しており、本実施形態にあっては、バッテリ搭載メンバ８の熱伝導盤６の下面と接する部分を、上面側に突出するビード９として形成してある。

従って、この第２実施形態の構造によれば、前記第１実施形態の効果に加えて、ビード９の形成によりバッテリ搭載メンバ８の剛性を高められ、バッテリケース５の底壁の組電池重量による撓み変化防止効果を高められる。

図５，図６は本発明の第３実施形態を示している。

本実施形態にあっては、バッテリ搭載メンバ８を、熱伝導盤６とバッテリケース５とをそれらの下面側から長手方向に跨いで、端部がフロアパネル１０の下面に結合される主メンバ８Ａと、該主メンバ８Ａから直交方向に両側に延出した複数の分岐部８Ｂと、で構成している。

分岐部８Ｂは、上述のように主メンバ８Ａに交差状に連設され、熱伝導盤６を下面側か
ら抱持して各端部がバッテリケース５の底壁に結合される（図６の締結点Ｐ参照）。

本実施形態では、主メンバ８Ａに前記第２実施形態と同様のビード９を形成してあり、複数の分岐部８Ｂは、このビード９の突出高さで断面台形のビード形状として形成している。

この第３実施形態の構造によれば、前記第１実施形態および第２実施形態の効果に加えて、複数の分岐部８Ｂにより熱伝導盤６のバッテリケース５の下面に対する取付剛性が高められると共に、路面干渉等に対する熱伝導盤６の保護効果を高めることができる。

図７は本発明の第４実施形態を示すもので、本実施形態にあっては、前記第３実施形態におけるビード９およびビード形状の分岐部８Ｂに対応して、熱伝導盤６の下面にこれらビード９および分岐部８Ｂが係合する凹部６Ａを形成してある。

従って、この第４実施形態の構造によれば、前記第３実施形態の効果に加えて、バッテリ搭載メンバ８に対する熱伝導盤６の位置決めを行えて、車体フロアへの組付作業性を向上することができる。

また、熱伝導盤６の下面とバッテリ搭載メンバ８との接触面積が増大するため、該バッテリ搭載メンバ８からの放熱効果を高められて、組電池１の熱交換効率を高めることができる。

図８は本発明の第５実施形態を示すもので、本実施形態にあっては前記第４実施形態におけるビード９および分岐部８Ｂと凹部６Ａとの係合部分に、前述と同様の熱伝導材７を介装してある。

従って、この第５実施形態の構造によれば、前記第４実施形態の効果に加えて、ビード９および分岐部８Ｂと凹部６Ａとの熱的な接触が良好に行われて、バッテリ搭載メンバ８からの放熱効果を更に高めることができる。

１…組電池（電池）
２…電池モジュール
５…バッテリケース
６…熱伝導盤（温調手段）
６Ａ…凹部
７…熱伝導材
８…バッテリ搭載メンバ
８Ａ…主メンバ
８Ｂ…分岐部
９…ビード
１０…フロアパネル

Claims (5)

1. 内部に電池を収納して、底壁が該電池の下面と熱的に接触したバッテリケースと、
   前記バッテリケースの底壁下面と熱的に接触し、内部に熱媒体を流通させることで熱交換を行う温調手段と、
   前記温調手段とバッテリケースとを下側から跨いで、車両のフロアパネル下面に搭載，支持するバッテリ搭載メンバと、を備えたことを特徴とする車両のバッテリ支持構造。
2. 前記バッテリ搭載メンバを、前記温調手段とバッテリケースとを下面側から一方向に跨いで、端部が車両のフロアパネル下面に結合される主メンバと、
   前記主メンバに交差状態に連設され、前記温調手段を下面側から抱持して端部が前記バッテリケースの底壁下面に結合される複数の分岐メンバと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の車両のバッテリ支持構造。
3. 前記バッテリ搭載メンバは、上面側に突出して前記温調手段の下面に当接するビードを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の車両のバッテリ支持構造。
4. 前記温調手段は、前記バッテリ搭載メンバのビードと係合する凹部を備えたことを特徴とする請求項３に記載の車両のバッテリ支持構造。
5. 前記ビードと前記凹部との係合部分に熱伝導材を介装したことを特徴とする請求項４に記載の車両のバッテリ支持構造。

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